毕业设计（论文）-DC-AC变换器的无源无损软开关设计(23页).doc

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1、-毕业设计（论文）-DC-AC变换器的无源无损软开关设计-第 15 页学 号 1109141042 毕 业 设 计 课 题 DC/AC变换器的无源无损软开关设计 学生姓名 院 部 电 气 工 程 学 院 专业班级 11 电 气 工 程 及 其 自 动 化 指导教师 二 一 五 年 六 月目 录第一章 绪 论11.1软开关技术11.2软开关技术的发展过程21.3本论文主要研究工作2第二章 无源无损软开关电路设计32.1无损缓冲电路的设计32.2无源无损软开关电路的设计32.3 无源无损软开关电路的构成82.4 零电流开关82.4.1缓冲电感的放置82.4.2 缓冲电感的能量回复82.5零电压开关

2、92.5.1缓冲电容的放置92.5.2 缓冲电容的能量回复102.6 无源无损软开关设计102.7本章小结11第三章 DC/AC变换器的无源无损软开关设计123.1 基于DC/AC变换器无源无损软开关电路的设计步骤123.1.1 DC/AC开关管的零电流电感ZCL123.1.2 DC/AC开关管的零电压电容ZVC133.1.3 逆变器无源无损软开关综合设计143.2 DC/AC软开关逆变器的工作过程153.3 逆变器无源无损软开关参数的选择与设计163.4 Half Bridge逆变器软开关电路的设计及实验183.5本章小结19第四章 结论20参考文献21致谢22插图清单图1-1 开关管的硬开

3、通与关断过程1图1-2 软开关的开通和关断过程2图2-1型半桥逆变器缓冲电路4图2-2 型电路的三种工作模式 5图2-3 型逆变器缓冲电路6图2-4 型电路的三种工作方式7图2-5 boost变换器中缓冲电感的位置8图2-6电型VSD电路9图2-7缓冲电容在电路中的放置位置10图2-8 Boost变换器中Cr能量恢复电路10图3-1 Half Bridge和Full Bridge电路的基本软开关拓扑结构12图3-2全桥电路的ZCL回路13图3-3 Full Bridge电路的零电流电感ZCL共用回路13图3-4每个开关管零电压电容支路的位置14图3-5逆变器的基本软开关单元15图3-6 Hal

4、f Bridge逆变器的无源无损软开关拓扑结构15图3-7 Half Bridge逆变器的无源无损软开关16图3-8 Half Bridge逆变器的无源无损软开关电路18图3-9 IR2104内部结构图19DC/AC变换器的无源无损软开关设计摘 要 由于科学技术的进步,传统的DC/AC转换器逐渐淡出了我们的视线，取而代之的是半导体变流技术，用该技术制成的DC/AC变换装置称为静止变流器。由于传统的变换装置体积较大并且质量比较重，已经满足不了其在各种场合下的需要，人们开始考虑如何来有效减小变换装置的重量和大小变器并提高其你变效率。一种有效的方案就是提高其电子器件的动作频率。但是提高器件的开关频率

5、，又会给系统带诸如电磁干扰、开关损耗等不利影响。要想减小开关管的电磁干扰和开关损耗，可以通过限制过高的电流上升率和电压上升率来实现。 本文简述了软开关技术的现状以及其发展历程。从基本概念着手，来论述软开关拓扑结构是如何形成的，分析无源无损软开关线路和有源无损软开关线路的工作过程。并将该技术用于DC/AC变换器。理论分析和仿真实验的结果都充分说明了软开关技术是可以减少逆变器开关损耗以及电磁干扰的，从而提高了逆变器的逆变效率。关键词：软关 DC/AC变器 无源无损 电磁干扰Passivelossless soft switchingDC/ACconverterdesignAbstractDue t

6、o the progress of science and technology, the traditional DC / AC converter gradually fade out of our sight, instead is semiconductor variable flow technology, made with the technology of DC / AC converter called static inverter.Due to the traditional transform device volume larger and quality is he

7、avier, has been unable to meet the in various occasions need, people began to consider how to effectively reduce the weight and size of the converter transformer and improve your efficiency.An effective scheme is to improve the operating frequency of its electronic device.However, the switching freq

8、uency of the device can also give the system such as electromagnetic interference, switch loss etc.In order to reduce the electromagnetic interference and switch loss of the switch tube, the high current can be achieved by limiting the high current rise rate and the voltage rise rate.This paper brie

9、fly describes the status quo of soft switching technology and its development course.From the basic concept, it is discussed how soft switching topology is formed, and the working process of passive lossless soft switching line and active lossless soft switching line is analyzed.And the technology f

10、or DC/AC converter.The results of theoretical analysis and simulation experiment indicate that the soft switching technology can reduce the inverter switch loss and electromagnetic interference, so as to improve inverter efficiency of inverterKeywords: soft shut DC/AC converter passive lossless elec

11、tromagnetic interference第一章 绪 论1.1软开关技术如图1-1（a）所示，硬开关条件下，关闭开关管，电流波形与电压会在时间轴上会产生一个交叉区域，这个交叉区域就是我们常说的关断损耗。同理，在开关管开通时，也会产生了与此类似的一个交叉区域，这个交叉区域就是我们常说的开通损耗。开通损耗和关断损耗合称为开关损耗。图1-1 开关管的硬开通与关断过程由于解决硬开关技术存在着开关噪声大、有明显的过冲和振荡会影响其他电子器件的正常运行以及开关损耗会随着工作频率的升高而增大等缺点。所以有必要改进传统的开关管开管关技术。软开关技术就是在这种情况下提出的。软开关技术的设计思想主要有以下两

12、种：（1）、零电压开关ZVS(zero voltage switch)；这种开关方式是指在开通前开关管上的电压为0，这样就可以避免开通损耗和电磁噪声的产生了。（2）、零电流关断ZCS(zero voltage switch)。零电流关断，即开关管关断前流经开关管得电流为0。软开关电路开通、关断过程的电流和电压波形如图1-2所示。 图1-2 软开关的开通和关断过程1.2 软开关技术的发展过程缓冲电路的作用是通过在电路中嵌入电容和电感来延缓开关管的开关过程。加入电感的作用是抑制过快的di/dt，加入电容的作用是抑制过快 早期的缓冲电路主要使用来解决开关过程中由于电流电压应力的减小而导致的电路中的储

13、能元件中存储的能量过大以至于不能在下一个开关周期被消耗的问题。随着电力电子技术的房展，谐振变换技术出现了，这种技术是通过增大储能元件中存储的电磁能量，从而使得电路器件产生谐振。对谐振变换技术进行更精准的控制，使得谐振在一个工作周期内进行，这就是准谐振的软开关技术。1.3本论文主要研究工作在查阅了有关软开关技术方面的书籍与资料后，进行了下面的研究。本论文首先介绍了软开关技术的产生，其次讲解了无缘无损开关的组成。在此基础上进一步介绍其制定实验步骤，明确需要的参数。最终搭建半桥逆变器平台，并将无缘无损软开关附加到其中。根据实验的结果，证明了无源无损软开关确实能够很好的解决硬开关条件下所产生的负面影响

14、。第二章 无源无损软开关电路设计根据前面章节的介绍，我们对软开关设计有了初步的认识，我们需要在电路中加入电容和电感来实现开关管的软开通。但是具体的电容电感是如何选择的以及如何放置，我们会在接下来的章节中一一探究。2.1无损缓冲电路的设计缓冲电路一般来说是用于保护电路的线路。在软开关电路中，缓冲电路的作用主要有两个：一、防止过电压的产生并降低开关损耗；二、防止开关管被击穿。早期的缓冲电路是将开关损耗转移到电阻上进行消耗的。 早期的RCD（符号R表示电阻，符号C表示电容，符号D表示二极管）缓冲电路是通过将开关管的开通损耗和关断损耗转移至电阻上来进行消耗掉，但是这依然不能完全消除开关损耗。无损缓冲电

15、路能够减小电路的损耗，从而提高电路性能。 2.2无源无损软开关电路的设计提到无源无损软开关电路，不得不说下有缘无损电路。同样的有源无损缓冲电路也是可以降低开关损耗的。但是相比无源无损电路来说，其结构太过复杂，不易控制。所以一般选用无源无损缓冲电路对电路进行保护。 在逆变器电路中加入无源器件，构成无源无损软开关电路，它能够实现减少电路损耗，降低电磁干扰噪声并减小电流电压应力。并且这种电路设计起来比较简单，无需很多辅助电路，可靠性较好。本节主要介绍两种无源无损缓冲电路：型和型。其中的符号C表示电容，符号D表示二极管，符号L表示电感。指数2表示二极管的个数。型主要应用在半桥和全桥的逆变电路中。如图

16、2-1所示，为半桥逆变电路。 图2-1 型半桥逆变器缓冲电路 图2-1中，半桥逆变电路半酣两个桥臂，电容C2和开关管S1组成的一个，以及电容C5和开关管S2组成的另一个。VD6和VD2为二极管。电感L1，电容C4，电阻R为等效输出部分。虚线框部分包含的VD3、VD6、C5构成了S1的缓冲电路。同样S2的缓冲电路是由VD5、VD2、C5所组成的。图2-2给出了型电路的三种工作模式，其中粗线表示电流流通路径。图2-2给出了(a)导通模式 (b)充电模式 (c)放电模式 图2-2 型电路的三种工作模式 其工作过程如下： 1）导通模式:此时S1导通， S2截止，如图2-2（a）所示。S1导通时，C2上

17、会存在一个大小为Ed方向为上正下负的电压，即VD6电压大小为0， VD3反向截止，所以VD3两端会有大小为-Ed的电压，此时流过C2的电流为0。据此得到： （1）2）充电模式:此模式下S1关断，S2截止，如图2-2（b）。L1经过 VD3续流给电容C2充电，充电电流为0时停止充电。同时C2电压增加，导致 VD6反偏，其值等于-E， VD3导通。 （2） (3) 3）放电模式：此模式下S1截止，S2也截止，如图1-10（c）。此时C2的电压高于电源电压， VD6正偏导通， C2经VD6放电到电源，到电源电压与C2电压相等时停止。 （4）同理，我们可以得到S2的工作原理：在型逆变电路中，尽量选取恢

18、复较快的二极管，但是电容的选择要根据需要缓冲的能量选择。无损缓冲是指缓冲电容能够将需要缓冲的能量吸收并且在适当时候释放给电源。缓冲电路能实现无损缓冲，这是其突出的特点。但是当需要缓冲的能量过大时，电容电压增量很大，但VD6正向导通时的阻值很小，此时放电电流过大，可能会对线路中的元器件造成损害。我们通过将限流电感L2串联在VD6的放电回路上，将限流电感L3串联在VD2的放电回路上，来解决这一问题，这就构成了型缓冲电路。如图2-3所示。图2-3 型逆变器缓冲电路型缓冲电路的工作模式类似于型，即 型缓冲电路也存在导通模式、充电模式和放电模式这三种模式。三种模式中只有放电模式与型略有不同，其他两种工作

19、模式基本类似，所以也不多介绍。如图2-4（c）所示为放电模式电路。缓冲电容经过VD6、L2将能量释放到电源，这种放电模式为谐振电，也因此实现了开关管的软开通，有效的限制了过高的电流给电路带来的冲击。缓冲电容的选择与型缓冲电路类似。主要是电感的选择，电感与电容谐振的半个周期时间不能大于开关管停止时间。(a)导通模式 (b)充电模式 (c)谐振放电模式 图2-4 型电路的三种工作方式2.3 无源无损软开关电路的构成缓冲电容和电感是软开关技术中两个重要的元器件。缓冲电容又被称作零电压电容ZVC，缓冲电感又被称作零电流电感ZCL。 无无软关需要满足以下条件:1、减小开关管动作时电压和电流的变化率。2、

20、反馈缓冲电容、电感中能。3、控制开关管、二极管的电流、电压应力在适当范围内。 4、必须保证在下一次开关关断之前能够将ZVC中的能量转移掉。2.4 零电流开关在电路中的合适地方放置缓冲电感，di/dt就会得到降低，从而实现开关管零电流开通。虽然实现零电流开通但是此时开关管的损耗又会增加，所以我们采用电压的形式将缓冲电感的能量存储在VSD中，并且控制开关管、二极管的电流、电压的应力在合适范围内。2.4.1缓冲电感的放置缓冲电感Lr的放置需要遵循以下的基本原则： 1、回路中需要有开关管。 2、回路中不能有电感和电阻。 3、活路中需要有电或者源。根据以上的基本原则就可以在电路中放置Lr。下面以Boos

21、t变换器为例来放置Lr。如2-5所，箭头1.1即为满足放置Lr要求回路。并且我们可以发现A、B、C、D、E这五个位置其实都满足放置条件，这也告诉我们放置位置的选取并不是唯一的。根据这个例子，我们知道根据以上三个基本原则，我们能够很快确定Lr的位置。图2-5 boost变换器中缓冲电感的位置2.4.2 缓冲电感的能量回复前面我们知道VSD中是以电压形式存储的能量。VSD的实现我们一般以 耦合电感或电容的方式来实现。采用电容来实现VSD的话，为了保证电容能够存储来自缓冲电感每个周期的能量，我们需要电容能够进行能量的释放与吸收回路，以保证在下一个周期到来时之前存储的能量得到及时释放，这样就可以实现每

22、个周期能量的存储。采用耦合电感实现VSD的方式有两种，即正激式耦合变压器和反激式耦合变压器。它们的电路分别如图2-6中的（a），（b）所示：图2-6 电型VSD电路耦合电感型VSD能够直接将缓冲电感的能量存储至变换器储能元件中。但是，为了防止耦合电感中的漏感，需要一些其他辅助电路，这使得整个电路变得比较复杂。 2.5零电压开关采用缓冲电容与开关管的并联可以抑制dv/dt，同样缓冲电容的放置也需要遵守一些基本原则:1、缓冲电容在每个周期内均能实现能量的平衡，这需要加入一些无源元器件。2、综合考虑整个电路，需要能够完成周期性能量回馈。2.5.1缓冲电容的放置在这里缓冲电容先和二极管Ds形成支路之后

23、并联。以此来防止Cr能量通过开关S1被消耗。 这一点与前面介绍的稍微有一点的不同。下面介绍ZVC位置的设计原则。为了防止缓冲电容Cr能量通过开关管被消耗，所以首先需要将Cr与二极管D放在同一之路中并与开关管并联。下面介绍Cr的放置一些技巧。由于Cr与二极管D处在同一支路中，并与S1并联，所以如果我们能够找到Cr其子图，进一步就可以确定Cr所在支路的位置，并最终确定Cr的位置。图2-7中，Vs、S1、C1可以组成Cr的子图，并且Cr所在支路要与该子图构成回路。根据这样的原则我们可以组成三种Cr支路和Cr子图回路。图2-7 缓冲电容在电路中的放置位置2.5.2 缓冲电容的能量回复对源开关变器来，C

24、r中的电值必在一开周的时内复，只有这才为下一周的零压关做出充分的备。在开关导通时ZVC能量的恢复过程也会随之发生，而且为了能够达到没有损耗的效果Cr中的能量必须能够传递给负载端或者输入端。在实际应用中为了实现ZVC能量的恢复经常采用的实现方式是LC谐振。为了保证在下个周期内能够实现零电压关断，Cr中的能量必须在本次周期内回复。实际应用中一般采用LC谐振来实现这一要求。（a） （b） （c）图2-8 Boost变换器中Cr能量恢复电路如图2-8所示，我们可以看到，采用LC谐振来实现Cr能量回复的方式主要有三种。但这三者有一个共同点就是Cr中的能量在S1导通时都能够实现能量的回复。2.6 无源无损

25、软开关设计通过上面的几节的介绍，我们知道无源无损软开关的加入对整个电路有有点也有缺点。在设计软开关电路的时候，我们也需要考虑无源无损器件给开关管的电压、电流应力造成的影响，以及给整个线路造成的影响等诸多因素结合起来，提出最佳方案。在针对具体电路设计无源无损开关器件时，需要结合上几节内容来综合考虑采用的器件类型。例如VSD的选取以及是到底采用缓冲电容的方式还是缓冲电感的方式都需要结合具体电路来分析。至于缓冲电容与缓冲电感位置的选择，需要根据前面介绍的几个基本原则来最终确定。2.7本章小结这章主要介绍了无源无损开关开关电路的主要构成部分，以及各部分位置的放置。然后，简单的介绍了各部分器件的工作原理

26、。通过本章，我们对如何设计一个无源无损的开关电路有了更全面的认识。 第三章 DC/AC变换器的无源无损软开关设计目前将无缘无损软开关技术应用到DC/AC逆变器中还有着很多的困难。但是人们还是对他进行了更为细致的研究。3.1 基于DC/AC变换器无源无损软开关电路的设计步骤逆器电中虽有为较的开管，但在设软关时是要先每开管进设，因基的设原没发根的变。另外，我们在实际中进行设计软开关电路时还应该考虑到将各个软开关单元的元器件共用，利用这种方法来使得整个电路系统得以简化。为了保证电路中每一个软开关单元都能顺利的进行工作，这就要求系统中各个软开关单元在工作时不能互相干扰。关于DC/AC（直流-交流）逆变

27、器的无源无损软开关设计过程我们将在下面的一节进行具体的阐述。3.1.1 DC/AC开关管的零电流电感ZCL我们已经在前面的章节中讲述了无源无损软开关的设计原则，根据这些设计原则，可以归纳出DC/AC变换器的无源无损软开关设计过程如下：过程一:找出电路ZCL的位置和个数。这一过程又可以分为如下几个步骤来实现。第一步:找个开管可的零流电ZCL的置。对于每个开关管，找出ZCL回路。找所这开管零流电ZCL回的可缓电Lr位的交。这些交集决定了缓冲电感的位置。第二步:找所的开管可实软关的少Lr的目。并进一步结合第一步找出位置元素Lr的交集。如这集是非的，则电中只要个零流电ZCL就以完所开管的零流导。否则电

28、路中所需要的电感数目将不止一个。第三步:由上面的一步所确定的缓冲电感Lr的位置集合，其中任意一个缓冲电感的位置都可以用来作为整个电路ZCL。为了可以更好的理解上面的文字叙述，我们接下来将具体的举例说明上面的设计过程。下图中图3-1 Half Bridge和Full Bridge电路的基本软开关拓扑结构的Full Bridge电路中。第一步:我们这一步要做的就是找出电路中每个开关管所有可能的零电流电感ZCL的位置。首先对于开关管S1，S2，S3，S4，分别找出其ZCL回路。根据上面介绍的设计原则我们可以很方便的找出与这些开关管相对应的ZCL回路分别是S1，S2，Vs，S1，S2，Vs，S3，S4

29、，Vs，S3，S4，Vs。（a） （b）图3-2 全桥电路的ZCL回路第二步:这一步我所需要做的就是把全部回路集合中的共同元素给找出来,结果如图3-3所示。图3-3 Full Bridge电路的零电流电感ZCL共用回路因此，我们可以得出结论上面的电路要完成所有开关管的零电流导通只需要用一个缓冲电感就可以了。第三步，上面的电路图中的位置1和位置2是共同元素共同回路的两个位置，选定这两个位置中的一个之后就可以确定缓冲电感Lr的位置了。类似的，我们也可以找出Lr的位置。Half Bridge电路同样也只需要一个缓冲电感，如图3-1所示表示出了有六个缓冲电感Lr的位置。3.1.2 DC/AC开关管的零

30、电压电容ZVC上面得一小节我们详细的介绍了如何确定零电流电感ZCL的位置，接下来我们将要讨论如何确定零电压电容ZVC支路的位置。关断软开关的拓扑结构设计与前面介绍的零电流电感ZCL位置的设计有着不同之处，下面将具体说明之。过程二：我们可以由过程一确定出的各个缓冲电感Lr的位置，进而可以确定出零电压电容ZVC支路的位置。我们又可以把这一过程分为以下两个设计步骤来实现。第一步：对于电路中的每一个开关管而言，我们又可以按照上面的设计步骤确定出ZVC子图的位置（具体说明请参考2.3.1节）。子图形为包围开关S的支路。第二步：同样的对于电路中的每一个开关管来说，我们也可以根据上面的设计步骤确定出系统中Z

31、VC支路位置的数目。根各开管的零压电ZVC子在开管两的节个N1，N2可确支位的数。对于某一具体的零电压电容ZVC子图来说，我们可以由下面的公式可以得到子电路位置的数目：Nx=N1*N2（X=a，b，c，d.） （3.1）第三步：针对一个确定的缓冲电感Lr的位置，它可以放置零电压电容ZVC支路的数目为上一步所确定的所有零电压电容ZVC子图的支路位置的数目的乘积，我们可以用下面的表达式进行表示：Ntotal=Na*Nb*Nc. （3.2）图3-4 每个开关管零电压电容支路的位置向硬开关电路中插入一个ZCL和一个ZVC支路所组成的一个基本软开关拓扑结构，所的零压电ZVC和零流电ZCL支的位构的所可的

32、软关基拓结，对逆器而，如图3-1所示为不同的电路中缓冲电感Lr的位置，零电压电容ZVC支路的数目。对Half Bridge电路来说，如果只使用一个零电流导通电感Lr，这样组成的无源无损软开关的拓扑结构可以达到32种，同样的对于Full Bridge电路来说，可组的不软关扑构达8种。3.1.3 逆变器无源无损软开关综合设计如果在逆变器软开关设计中仅仅只确定了的零电压电容ZVC的位置以及零电流电感ZCL的位置是不行的，要想完成整个无源无损软开关的拓扑结构设计我们还需要综合能量回馈来进行设计。过程三：对于已经确定了的零电流电感ZCL以及零电压电容ZVC的位置的电路，想要完成整个逆变器的无源无损软开关

33、的设计，我们还需要与合适的软开关单元来进行相配合。如果系统已经确定了零电压电容ZVC和零电流电感ZCL支路的位置，我们还需要设计相对应的回馈网络来完成零电压电容ZVC的能量恢复以及零电流电感ZCL的能量回馈。针对已经确定了的零电压电容ZVC和零电流电感ZCL支路的位置，如果选取的基本软开关单元较为合适，这样就可以在一定的程度上将整个无源无损软开关的设计过程简化。如下所为适逆器的基软关单：（a） （b）图3-5 逆变器的基本软开关单元由此我们可以知道嵌入了基本软开关单元的Half Bridge无源无损软开关逆变器如图3-6（a）所示，从图中我们可以很轻松的看出来，在这个软开关的结构中采用了零电流

34、电感ZCL位置3。如图3-6（b）所示为Half Bridge逆变器软开关开通状态的电路，它完成的只是Half Bridge逆变器的各个开关管的零电流导通以及能量回馈工作。(a) (b)图3-6 Half Bridge逆变器的无源无损软开关拓扑结构3.2 DC/AC软开关逆变器的工作过程正常工作时，开关管需要能够实现零电压关断与零电流导通，除此之外还要完成ZCL和ZVC的能量回馈与恢复。如图3-7所示为有两个软开关单元同时给两个开关管工作的Half Bridge逆变器图3-7 Half Bridge逆变器的无源无损软开关3.3 逆变器无源无损软开关参数的选择与设计我们知道采用无源无损的方法来实

35、现DC/AC变换器软开关，它的优势就是不需要添加任何辅助的开关管以及控制电路。我们在进行软开关参数的设计时一定要确保软开关能够顺利的正常的工作，同时还要尽量将附加软开关电路给开关管带来的不利影响减少。在进软关参的选时，我们需要选合的缓电Cr和缓电Lr来实零压关及零流导。另能转元如CsLs的参选也很要。如果电路需要让软开关能在较大的负载范围内都能顺顺利利的工作的话，那么电感Ls的值就要选取的足够大。然而，我们在实际选取时Ls的参数不可能选取的过大，如果Ls的参数选取的过大那么就会使得开关的电压应力超出设计值所允许的范围，因此我们在设计选择缓冲电感Ls的取值时要综合考虑。同样的道理从理论上来说缓冲

36、电容Cs的取值应要足够大，但事实确并不是这样的，如果缓冲电容Cs的取值选得过大，将影响逆变器在动态条件下的软开关的正常工作。由此可以得出结论缓冲电容Cs的参数选择也要受到很多方面条件的制约。接下来我们将详细的讲解如何选取设计软开关的主要参数。1） 电容Cs上的电压值。 （3.3）在这里加缓电Cs上的电值Vcs就软关电附在开管的电应值。很明显，这个电压值Vcs既不能过大但也不能过小。零压电ZVC和零流电ZCL的及逆器的输电大共同的决了Cs上的电值。为保软关的正工作，开管的零压关以能的转过必在开管的关期完，开关管关断暂态时间和开关管关断过程时间之间的关系可以用下面的公式进行表示。 （3.4）如开管

37、的关暂时要大开管关过时，则当开管再一导时，二极管仍然是导通的，那么就无法实现开关管的零电流导通。根据上面的等式以及具体的工作状态，我们就可以分别计算出当负载电流的方向不同时的最小缓冲电容Cs值了。 （3.5）为了满足缓冲电容Cs能够在每个周期内储存所有的来自电感和电容的能量，并且保证能量能够恢复完全，这就要求加在缓冲电容Cs上的电压值Vcs不能低于某一个最小值，我们结合具体工作状态中的缓冲电容Cs的能量转移关系，可以得到： （3.6）2）电感Ls的值的确定。假设在逆变器中每一个开关管的基本软开关单元中缓冲电感Ls的取值都是相等的，由等式（3.3）远大于等式（3.5）我们可推出有如下的等式成立：

38、 （3.7）这个等式对我们来说是一个尤其重要的结论，我们只要保证电感Ls和电感Lr的比值为一合适的值，就能够保证软开关的正常工作。在确了缓电Lr的值后，我们就以参这不式来择合的电Ls的值。3）零电流电感ZCL值的确定。由前面的内容我们可以知道，为了满足软开关能够正常顺利的工作，逆变器的缓冲电感Lr的值的选择还有一定的约束条件。由式（3.6）大于式（3.3），我们可以推得满足软开关正常顺利工作下的最大零电流电感ZCL的值： （3.8）这里，Imax为输出尖峰电流值。4）电容Cs值的确定。电容Cs是一个相对来说有着较大值的电容，但是它的电容值不能选得过大，需要保证电容Cs上的电压值Vcs大于电容C

39、s上所允许的最小的电压值Vcs-min。这些条件在电容Cs参数选取时都是需要满足的。一个周期内，电容Cs上的电压值我们可以用如下的等式表示为： （3.9）此处 （3.10）选择电容Cs的值时要考虑到最恶劣环境情况下可以选择参数的值，也就是说要满足等式（3.5）中的条件，即Vcs要大于Vcsmin。3.4 Half Bridge逆变器软开关电路的设计及实验这次实验我们将无损软开关单元附加到Half Bridge逆变器中，我们做出了一个1KW的无源无损Half Bridge逆变器。下面的电路图所示的为我们所选择的嵌入位置和结构单元。图3-8 Half Bridge逆变器的无源无损软开关电路这无无H

40、alf Bridge逆器的输电为200V的波，开频的大为10kH，控电采SG3525控芯，半桥开关IGBT是由IR2104来驱动的，缓冲电路使用的是非最小电压应力软开关结构。主电路的主要参数为：=2mH、560uF、60。我们可以按照3.3小节中的设计方法尽行参数的选取，由此我们选取的元件值得参数为：26uH、80uH、10nF、2uF。IR2104是一个有双路输出功能的功率放大器，用于将SG3525发送出来的信号进行功率放大，这样就可以驱动Half Bridge电路的功率开关管IGBT了。IR2104的特点为：l 输出端耐压值可达到600Vl 门极驱动电源为10V-20Vl 欠压锁定功能l

41、3.3V，5V，15V输入逻辑信号l 预防双路信号直通l 内部设置的死区时间l 输入信号大功率输出l 输入关闭输出通道关闭l 两个通道传递匹配的延迟时间其内部结构如下图所示。图3-9所示的是整个Half Bridge逆变器的电路原理图。图3-9 IR2104内部结构图这个无源无损Half Bridge逆变器的运行效率高达94%，从开关管的两端可以明显的看到电压和电流的波形已经达到了几乎没有损耗的效果。从而减少了逆变器的开关损耗，使得逆变器的工作效率变得比较高。由这点我们可以得出无损软开关技术可以在逆变器电路中得到一个比较好的应用。3.5本章小结这一章对零电流电感ZCL、零电压电容ZVC和器件参

42、数的选择进行简单的介绍，包括其基本概念以及其基本原理；通过实验和计算相结合的办法，我们设计出了DC/AC逆变器的无源无损软开关。第四章 结论本论文是在查阅了大量相关文献以及资料的基础上总结和归纳的，在论文的开始我们粗略的介绍了什么是软开关技术，软开关技术的产生是为了解决传统硬开关技术下电磁干扰噪声比较大以及开关损耗大逆变效率低下的问题。在了解了软开关技术的实质以后，我们开始剖析软开关技术的内部实现，即电路的设计。在开始设计电路之前我们先明确了软开关技术的各个组成部分，并对各个组成部分进行了简单的介绍。包括两种基本的缓冲电路CD2型和CLD2型缓冲电路。并简单分析了两种缓冲电路的工作原理。接下来

43、我们介绍了软开关技术的重要组成元器件，缓冲电容和缓冲电感。并介绍了缓冲电容、电感的放置以及缓冲电容、电感的能量恢复。在探究了上述内容后，我们对软开关的设计已经有了很全面的认识。在第三章节，我们开始将软开关技术与DC/AC变换器相结合来进行设计。在章节的开始，我们简单的介绍了逆变器中重要的元器件ZCL和ZVC的选择以及参数的选取，最后结合前几章节的内容设计出了逆变器，并进行试验，得到实验结果。本文所研究的软开关技术与DC/AC逆变器的结合，只是软开关技术的一个简单应用。相信随着科学技术的发展，软开关技术也会得到很大提升。能够应用的场景也更多。参考文献1 王兆安，黄俊. 电力电子技术M.北京：机械

44、工业出版社 .2002.2黄俊，王兆安.电力电子变流技术M.3版.北京：机械工业出版社.19933 李现兵，牛忠霞，张峰等. 现代电子器件.元器件应用J.2003.4 田泽. 嵌入式系统开发与应用M.北京航空航天大学出版社.2006.5 刘凤君.正弦波逆变器M.北京：科学出版社，2002 6 郭天祥. 新概念51单片机C语言教程M.电子工业出版社.2009.7 张立，黄两一.电力电子场控器件及其应用M.北京.机械工业出版社，19958 付家才.单片机控制工程实践技术M.北京：化学工业出版社，20049 杨春杰，王曙光，亢红波. CAN总线技术M. 北京航空航天大学.2010-2.10 于海生.

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