软开关半桥DC-DC变换器的PWM控制

DC/AC三相软开关PWM逆变器的研究1 引言常规的pwm逆变电路, 由于电力电子开关器件在大电压下导通，大电流下关断，处于强迫开关过程，因而存在开关损耗大，工作频率低、体积大及电磁干扰严重等缺点。

而软开关技术利用电感、电容谐振，为开关器件创造零电压、零电流的开关条件, 使器件在开通关断的过程中，电流和电压的重叠区域减小, 电流和电压的变化率减小, 有效地降低了电磁干扰，并且可使逆变器工作在较高频率下, 减小输出滤波电压电容的体积, 从而可减小整个装置的体积，提高性能。

谐振电路的形式种类很多，本次研究采用了直流环节逆变电路的形式。

并将pwm调制技术与软开关技术相结合，利用单片机和大规模pwm集成芯片，设计了一个用于异步电机驱动的三相spwm调制型的开环vvvf控制的软开关逆变器电路的控制方案，对几个关键性电路的工作原理作了较为详细的分析说明，给出了部分实际电路形式和运行结果。

2 直流环节谐振主电路直流谐振电路如图1所示。

图1 谐波直流环节主电路其中直流谐振环节的开关元件由三相逆变桥的6个开关代替。

通过同时导通同一桥臂的两个开关来短接直流电路，所以这里的开关元件成为一个等效元件。

它的工作原理为:在直流电源与三相逆变电路之间接谐振元件的电感和电容，形成谐振槽路。

这样输入逆变桥的电压不再是直流电压，而是变为频率较高的谐振脉冲电压，它周期性地在谐振峰值与零电压之间振荡，从而产生零电压时间间隔，为三相逆变桥创造出零电压通断条件。

简化后的谐振直流电路如图2所示。

电路工作分两个阶段:图2 rdcli等效电路模型第一阶段:开关sr接通，电容两端电压为零，直流电源对电感进行预充电，近似的按线性规律增加。

结束时，其中为保证谐振正常进行的阈值电流，这段时间为。

第二阶段:开关sr断开，电容两端电压开始增加，电路进行谐振。

当电容电压再次过零点时，一个谐振周期结束。

开关sr再次接通，进入下一个周期。

通过分析可得出谐振电流电压方程为:式中，这种电路的主要特性是:拓扑结构简单，控制策略相对来说容易实现;但谐振峰值电压较高，是直流侧供电压的两倍，逆变桥中的开关器件需承受2～3倍的直流母线供电电压。

软开关双向DCDC变换器的研究一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，DC/DC变换器在各种电源管理系统中扮演着越来越重要的角色。

特别是在电动车、可再生能源系统、数据中心以及航空航天等领域，DC/DC变换器的性能优化和效率提升成为了研究的热点。

传统的DC/DC变换器在开关切换过程中存在较大的开关损耗和电磁干扰，影响了其整体效率和稳定性。

因此，研究和开发新型的DC/DC变换器技术，特别是具有软开关特性的双向DC/DC变换器，对于提高电源系统的效率和可靠性具有重要的理论价值和实际应用意义。

本文旨在深入研究软开关双向DC/DC变换器的基本原理、拓扑结构、控制策略及其在实际应用中的性能表现。

文章首先介绍了DC/DC变换器的基本概念和分类，分析了传统DC/DC变换器存在的问题和挑战。

然后，重点阐述了软开关技术的原理及其在双向DC/DC变换器中的应用，包括软开关的实现方式、拓扑结构的选择以及相应的控制策略。

本文还将对软开关双向DC/DC变换器的性能评估方法进行探讨，包括效率、稳定性、动态响应等指标的分析和比较。

本文将通过仿真和实验验证，对所研究的软开关双向DC/DC变换器的性能进行验证和评估。

通过对比分析不同拓扑结构和控制策略下的实验结果，为软开关双向DC/DC变换器的优化设计和实际应用提供有益的参考和指导。

本文的研究成果将为电力电子技术的发展和电源系统的性能提升提供新的思路和解决方案。

二、软开关双向DCDC变换器的基本原理软开关双向DC-DC变换器是一种新型的电力转换装置，它结合了软开关技术和双向DC-DC变换器的优点，旨在提高转换效率、减小开关损耗和降低电磁干扰。

其基本原理主要涉及到软开关技术的运用以及双向DC-DC变换器的工作模式。

软开关技术通过在开关管电压或电流波形上引入零电压或零电流区间，实现了开关管的零电压开通（ZVT）或零电流关断（ZCS），从而极大地减小了开关损耗。

在软开关双向DC-DC变换器中，通过采用谐振电路、辅助开关或变压器等元件，实现了开关管的软开通和软关断，从而提高了变换器的效率。

DC/DC变换器的PWM控制技术DC/DC变换器广泛应用于便携装置（如笔记本计算机、蜂窝电话、寻呼机、PDA等）中。

它有两种类型，即线性变换器和开关变换器。

开关变换器因具有效率高、灵活的正负极性和升降压方式的特点，而备受人们的青睐。

开关稳压器利用无源磁性元件和电容电路元件的能量存储特性，从输入电压源获取分离的能量，暂时地把能量以磁场形式存储在电感器中，或以电场形式存储在电容器中，然后将能量转换到负载，实现DC/DC变换。

实现能量从源到负载的变换需要复杂的控制技术。

现在，大多数采用PWM（脉冲宽度调制）技术。

从输入电源提取的能量随脉宽变化，在一固定周期内保持平均能量转换。

PWM 的占空因数（δ）是“on”时间（ton，从电源提取能量的时间）与总开关周期（T）之比。

对于开关稳压器，其稳定的输出电压正比于PWM占空因数，而且控制环路利用“大信号”占空因数做为对电源开关的控制信号。

开关频率和储能元件DC/DC变换器中，功率开关和储能元件的物理尺寸直接受工作频率影响。

磁性元件所耦合的功率是：P（L）=1/2（LI2f）。

随着频率的提高，为保持恒定的功率所要求的电感相应地减小。

由于电感与磁性材料的面积和线匝数有关，所以可以减小电感器的物理尺寸。

电容元件所耦合的功率是：P(c)=1/2(CV2f)，所以储能电容器可实现类似的尺寸减小。

元件尺寸的减小对于电源设计人员和系统设计人员来说都是非常重要的，可使得开关电源占用较小的体积和印刷电路板面积。

开关变换器拓扑结构开关变换器的拓扑结构系指能用于转换、控制和调节输入电压的功率开关元件和储能元件的不同配置。

很多不同的开关稳压器拓扑结构可分为两种基本类型：非隔离型（在工作期间输入源和输出负载共用一个共同的电流通路）和隔离型（能量转换是用一个相互耦合磁性元件（变压器）来实现的，而且从源到负载的耦合是借助于磁通而不是共同的电器）。

变换器拓扑结构是根据系统造价、性能指标和输入线/输出负载特性诸因素选定的。

pwm变频调速及软开关电力变换技术[pwm变频调速及软开关电力变换技术]1. 引言在现代工业和电力系统中，pwm变频调速及软开关电力变换技术已经成为一种常见的技术应用。

它们在提高能源利用率、降低能源消耗和减少对环境的影响等方面具有重要作用。

本文将深入探讨pwm变频调速及软开关电力变换技术的原理、应用及未来发展趋势。

2. pwm变频调速技术的原理和应用2.1 什么是pwm变频调速技术pwm（Pulse Width Modulation）变频调速技术是一种通过控制电机输入的脉冲宽度来实现对电机转速的调节的技术。

它通过改变电机输入的频率和电压，使电机能够以不同的速度运行，从而满足不同工况下的需求。

2.2 pwm变频调速技术的应用pwm变频调速技术广泛应用于工业生产中的电机驱动系统、风力发电系统、水泵系统、压缩机系统等领域。

通过pwm变频调速技术，能够实现电机的精确控制和高效运行，从而提高设备的稳定性和工作效率。

3. 软开关电力变换技术的原理和应用3.1 什么是软开关电力变换技术软开关电力变换技术是一种通过对电力开关管进行控制，减少开关过程中电流和电压的突变，以减小开关损耗的技术。

它通过改善开关过程中的电压和电流波形，降低开关损耗和提高电力变换效率。

3.2 软开关电力变换技术的应用软开关电力变换技术在直流变换器、逆变器、变频器以及电力系统中的高压开关设备中得到广泛应用。

通过软开关电力变换技术，能够减少电力设备的能量损耗，提高系统的可靠性和稳定性。

4. pwm变频调速及软开关电力变换技术的未来发展趋势4.1 高性能功率模块的发展未来，随着高性能功率模块的不断发展，将能够提高pwm变频调速及软开关电力变换技术的性能和效率，满足更多复杂工况下的电力需求。

4.2 电力电子器件的集成化和智能化随着电力电子器件的集成化和智能化，pwm变频调速及软开关电力变换技术将更加灵活和智能化，能够更好地适应不同工况下的需求。

5. 总结和回顾pwm变频调速及软开关电力变换技术作为当前电力系统中重要的技术应用，具有重要的意义。

DC/DC功率变换器软开关技术及Pspice仿真引言随着生产技术的发展，电力电子技术的应用已深入到工业生产和社会生活的各方面，目前功率变换器的开关变换技术主要采用两种方式：脉宽调制(PWM技术和谐振变换技术。

传统的PWM控制方式由于开关元件的非理想性，其状态变化需要一个过程，即开关元件上的电压和电流不能突变，开关器件是在承受电压或流过电流的情况下接通或断开电路的，因此在开通或关断过程中伴随着较大的损耗。

变频器工作频率一定时，开关管开通或关断一次的损耗也是一定的，所以开关频率越高，开关损耗就越大，因而硬开关变换器的开关频率不能太高。

相比之下软开关变换器的作用是，当电压加在器件两端或者电流流经器件时，抑制功率器件转换时间间隔, 即软开关的开关管在开通或关断过程中，或是加于其上的电压为零，或是通过器件的电流为零。

这种开关方式明显减小了开关损耗，不仅可以允许更高的开关频率以及更宽的控制带宽，同时又可以降低dv/dt 和电磁干扰。

本文为了更好地说明不同软开关技术的区别，采用Pspice 软件对其中两种有代表性的变换电路进行了仿真和分析。

图 1 升压半波模式的零电压开关准谐振变换器原理图图 2 开关管通断及其所受电压应力仿真波形图3 升压零电压PW变换器原理图图 4 主副开关管的驱动仿真波形软开关的原理谐振开关技术的核心问题是为器件提供良好的开关工作条件，使得器件在零电压或零电流条件下进行状态转变，从而把器件的开关损耗降到最低水平。

软开关下的器件通断可以明显减少功率的开关损耗。

减小开关损耗通常有以下两种方法：在开关管开通时，使其电流保持在零或抑制电流上升的变化率，减少电流与电压的重叠区，从而减少开通的功率损耗，即零电流导通；在开关管开通前，减小或消除加在其上的电压，即零电压导通。

减小关断损耗有以下两种方法：开关管关断前，减小或消除加在其上的电流，即零电流关断；开关管关断前，减小或消除加在其上的电压，即零电压关断。

移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器软开关过程的分析肖旭;张方华;郑愫【摘要】移相+PWM控制结合了移相控制和PWM控制的优点,可以减小变换器的电流应力和通态损耗,减小环流能量,提高变换器传输功率的能力,扩宽开关管零电压关断(ZVS)的范围.本文以移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器为研究对象,给出了变换器在各种工作模式下开关过程的等效电路模型,以及漏电感电流和结电容电压的表达式.分析了各开关管ZVS开通的条件,以及影响各开关管实现ZVS的非理想因素.最后给出了在特定功率软开关条件下的参数设计方法,通过仿真和实验证明了理论分析与参数设计方法的正确性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2015(030)016【总页数】10页(P17-25,55)【关键词】相移+PWM;双向DC-DC;双Boost半桥;ZVS【作者】肖旭;张方华;郑愫【作者单位】南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京210016;南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京 210016;南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京 210016【正文语种】中文【中图分类】TM4610 引言双向DC-DC变换器具有可以实现能量的双向传输、功率密度高等优点，在UPS、航空航天电源系统和电动汽车等场合具有很大的应用潜力[1-11]。

移相控制双向 DC-DC变换器具有易于实现软开关、变换效率高、功率密度高和动态响应快等优点，得到了广泛关注[1,6]。

由于移相控制主要是利用变压器的漏感传递能量，当输入、输出电压不匹配时变换器的电流应力和通态损耗会大大增加，同时增大了环流能量，还会影响软开关的实现，不利于变换器效率的提升[1,6-11]。

因此文献[7]提出一种移相+PWM控制方式的双向DC-DC变换器，引入PWM控制，相当于在电路中加入一个电子变压器，使得变压器一次、二次电压匹配，从而减小了变换器的电流应力，减小了通态损耗和环流能量，提高了变换器传输能量的能力，拓宽了零电压开关的范围。

•控制型软开关PWM 控制策略•缓冲型软开关对称PWM 控制策略文章根据控制型软开关半桥DC/DC变换器的定义，总结和归纳了4种控制型软开关半桥DC/DC变换器的PWM 控制策略和缓冲型软开关半桥DC/DC变换器对称PWM 控制策略。

对上述PWM 控制策略进行了深入分析和综合比较，为选择具体应用场合提供了依据。

0 引言半桥DC/DC变换器结构简单，控制方便，非常适用于中小功率场合。

硬开关变换器高频时开关损耗很大，严重影响其效率。

软开关技术可降低开关损耗和线路的EMI,提高效率和功率密度，提高开关频率从而减小变换器体积和重量。

传统半桥变换器有两种控制方法，一种是对称控制，一种是不对称互补控制。

本文主要分析实现半桥DC/DC变换器软开关的PWM 控制策略。

1 控制型软开关PWM 控制策略控制型软开关半桥DC/DC变换器不增加主电路元器件（可增加电感电容元件以实现软开关条件），通过合理设计控制电路来实现软开关。

图1给出4种控制型软开关半桥DC/DC变换器的PWM 控制策略。

图1 控制型软开关PWM 控制策略1.1 不对称互补脉冲PWM 控制开关管的控制脉冲不对称互补，采用此控制策略的传统不对称半桥变换器已广泛应用于中小功率场合。

其原边开关管实现ZVS的方式有2种：负载电流ZVS方式和励磁电流ZVS方式[1].其优点是：两个开关管都可实现ZVS;一些可改善移相全桥变换器滞后臂软开关条件的措施也可用于不对称半桥变换器；不存在硬开关中的震荡问题；与移相全桥变换器相比，无循环能量。

其缺点是：开关管电压应力和开关管软开关条件不一致，上管较难实现软开关；整流管电压应力不一致，且随占空比变化，一些应用场合一个整流管电压很高，器件较难选择；轻载时会失去软开关条件；变压器直流偏磁，负载越重占空比越小，偏磁越严重；非常不适用于宽输入或宽输出电压的应用场合。

1.2 移相脉冲PWM 控制采用此控制策略的半桥也称为双有源半桥[2,3]。