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第31卷 第9期2010年9月仪器仪表学报Ch i nese Journa l o f Sc ientific Instru m entV ol 31N o 9Sep .2010收稿日期:2010-04 R ece i ved D ate :2010-04一种新的全桥软开关变换器PWM 实现方法佘致廷,陈文科,刘 娟,彭永进(湖南大学电气与信息工程学院 长沙 410082)摘 要:本文在研究ZV ZCS -FB 变换器工作原理的基础上,分析了数字软开关P WM 的控制要求,提出了一种基于D SP +EPLD 的ZV ZCS -FB 变换器PWM 数字触发的新方法。
该方法克服了传统软开关P WM 专用芯片存在的控制精度低、可靠性不高等不足。
仿真与实验结果表明基于DSP +EPLD 构成的软开关PWM 数字触发具有编程灵活、抗干扰能力强、可适用于不同拓扑结构变换器等显著优点。
所研究的数字PWM 新方法为全面实现ZV ZCS -FB 变换器数字化控制打下良好的基础。
关键词:全桥移相变换器;脉宽调制;软开关;数字控制技术中图分类号:TN98 文献标识码:A 国家标准学科分类代码:510.50N ovel realizati on m ethod of ful-l bri dge soft -s w itchi ng converter P WMShe Zhiti n g ,Chen W enke ,Liu Juan ,Peng Yong jin(Co llege of E lectrical and Informa tion Eng ineering,H unan University,Changsha 410082,China )Abst ract :In this paper ,the contro l requ ire m ents of dig ita l so f-t s w itch i n g P WM are ana l y zed based on the st u dy ofZVZCS -FB converter ,and a ne w m et h od of Z VZCS-FB converter P WM d i g ital trigger is proposed .The hard w are co re of this m ethod isDSP and EPLD .Th ism ethod overco m es the shortco m i n gs o f sof-t s w itching P WM ASI C ,such as lo w contro l precision and poor reliab ility .Si m ulati o n and experi m ent results sho w th is sof-t s w itching P WM tri g ger syste m has m any exce llent characteristics .For exa m ple ,it can be applied i n vari o us converters w ith different topo l o g ies ,and it a lso has t h e advantages o f ant-i j a mm i n g and flex i b le progra mm ing .This ne w dig ita l P WM m ethod lays a good foundation for f u ll d i g ital ZVZCS -FB converter .K ey w ords :phase -shift ful-l bridge converter ;pu lse w idth m odulation;sof-t s w itching ;digita l contr o l techno l o gy1 引 言全桥移相Z VZCS -FB 变换器与传统的硬开关变换器相比,具有开关损耗小、可靠性高等显著优点,一直是人们的研究热点[1-5],并在弧焊、电镀电源等低压大电流高频能量转换中得到广泛应用[6-7]。
1．引言将谐振变换器与PWM技术结合起来构成软开关PWM的控制方法，集谐振变换器与PWM控制的优点于一体，既能实现功率开关管的软开关，又能实现恒频控制，是当今电力子技术领域发展方向之一。
在直/直变换器中，则以全桥移相移控制软开关PWM变换器的研究十分活跃，它是直流电源实现高频化的理想拓扑之一，尤其是在中、大功率的应用场合。
目前全桥移相控制软开关PWM变换器的研究热点已由单纯地实现零电压软开关（ZVS）转向同时实现零压零流软开关（ZVZCS）。
全桥移相控制ZVS方案至少有四点缺陷：全桥电路内有自循环能量，影响变换效率。
副边存在占空度丢失，最大占空度利用不充分。
在副边整流管换流时，存在谐振电感与整流管的寄生电容的强烈振荡，导致整流管的电压应力较高，吸收电路的损耗较大，且有较大的开关噪音。
滞后臂实现零电压软开关的范围受负载和电源电压的影响。
另外，在功率器件发展领域，IGBT以其优越的性价比，在中大功率的应用场合已普遍实用化，适合将IGBT的开关方式软化的技术则是零电流开关（ZCS）。
因而，针对全桥移相控制ZVS方案存在的问题，各种全桥相移ZVZCS软开关的方案应运而生。
2．全桥ZVZCS软开关技术方案比较目前，正在研究或已产品化的全桥ZVZCS软开关技术主要有以下3种：变压器原边串联饱和电感和适当容量的隔直阻断电容。
变压器原边串联适当容量的隔直阻断电容，同时滞后臂的开关管串联二极管。
利用IGBT的反向雪崩击穿电压使原边电流复位的方法实现ZCS软开关。
除方案3为有限双极性控制方式以外，其它几种方案的控制方式全为相移PWM方式。
上述几种方案都能解决全桥相移ZVS的固有缺陷，如大幅度地降低电路内部的自循环能量，提高变换效率；减少副边的占空度丢失，提高最大占空度的利用率；软开关实现范围基本不受电源电压和负载变化的影响，实现全负载范围内的高变换效率。
为提高电路的开关频率准备了条件，使整机的轻量化，小型化成为可能，可进一步提高整机的功率变换密度，符合电力电子行业的发展方向。
软开关PWM DC/DC全桥变换器的实现策略阮新波严仰光摘要系统地提出PWM DC/DC全桥变换器的两类软开关方式，ZVS方式和ZVZCS方式。
针对这两类方式，分别提出各自的实现策略。
关键词：全桥变换器脉宽调制控制策略软开关技术Realization Strategies for Soft-Switching PWM DC/DC Full-Bridge ConvertersRuan Xinbo Yan Yangguang(Nanjing University of Aeronautics & Astronautics210016China)AbstractThis paper proposes two kinds of soft-switching techniques for PWM DC/DC full-bridge converte rs:Zero-Voltage-Switching (ZVS)and Zero-Current-Switching(ZCS).The realization strategies for the two kinds of soft-switching techniques are proposed.Keywords：Full-bridge converter Pulse-width-modulation Control strategySoft-switching technique1引言在文献［1］中，我们知道，PWM DC/DC全桥变换器有9种控制方式。
根据斜对角的两只开关管的关断情况，这9种控制方式可分为两类，一类是斜对角的两只开关管同时关断，此时会出现+1/-1和-1/1的切换方式，不能实现软开关；一类是斜对角的两只开关管的关断时间相互错开，一只先关断，一只后关断，即引入超前桥臂和滞后桥臂的概念，可以实现软开关。
超前桥臂的开关方式是+1/0和-1/0切换方式，只能实现ZVS，而且容易实现ZVS；滞后桥臂根据0状态的工作模式不同存在两种软开关方式，0状态有两种工作模式，电流恒定模式和电流复位模式。
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。
它们通过提高电力设备的效率、降低能量损耗以及改善系统的稳定性，为工业生产和电力系统的发展做出了重要贡献。
未来随着技术的不断进步和发展，pwm变频调速及软开关电力变换技术将发挥更加重要的作用。
6. 个人观点和理解
作为文章写手，深入研究和撰写关于pwm变频调速及软开关电力变换技术的文章让我对这些技术有了更深入的理解。
我相信未来随着技术的不断发展，pwm变频调速及软开关电力变换技术将会朝着更加高效、智能和可靠的方向不断发展，为能源节约和环境保护做出更大的贡献。
通过对pwm变频调速及软开关电力变换技术的深入探讨，相信您对这些技术有了更全面、深刻的理解。
希望本文能够为您提供有价值的参考，并对未来的发展趋势有所启示。
7. PWM变频调速技术的应用案例
在工业生产中，PWM变频调速技术广泛应用于电机驱动系统。
在制造业中，各种生产设备中的电机常常需要根据生产需求精确控制转速。
通过PWM变频调速技术，可以实现对电机速度的精确控制，从而提高设备的生产效率和稳定性。
另外，在风力发电系统中，PWM变频调速技术也扮演着重要角色。
风力发电机组在不同的风速下需要以不同的转速运行，通过PWM变频调速技术，可以实现对发电机的转速精
确控制，从而提高风力发电系统的发电效率。
8. 软开关电力变换技术在电力系统中的应用案例
在电力系统中，软开关电力变换技术被广泛应用于变频器、逆变器以及直流变换器等设备中。
通过软开关电力变换技术，可以减小开关过程中电压和电流的变化，降低系统的能量损耗，提高电力设备的效率和可靠性。
特别是在高压开关设备中，软开关电力变换技术的应用可以有效地减少开关损耗，延长设备的使用寿命，提高电力系统的稳定性。
9. PWM变频调速及软开关电力变换技术的未来发展趋势
随着电力需求的不断增长和能源环境的日益严峻，PWM变频调速及软开关电力变换技术面临着新的挑战和机遇。
未来，高性能功率模块的发展将为这些技术的提升带来新的机遇。
高性能功率模块的应用将能够提高系统的功率密度和效率，满足更多复杂工况下的电力需求。
电力电子器件的集成化和智能化将为这些技术的发展带来新的动力。
集成化和智能化的电力电子器件将使得PWM变频调速及软开关电力变换技术更加灵活和智能化，能够更好地应对不同工况下的需求，提高电力设备的效率和稳定性。
10. 结语
PWM变频调速及软开关电力变换技术作为现代电力系统中重要的技术应用，具有重要的意义。
通过深入研究和探讨这些技术的原理、应用
和未来发展趋势，我们能够更好地理解它们对提高能源利用率、降低能源消耗和减少对环境的影响所起到的重要作用。
相信随着技术的不断进步和发展，PWM变频调速及软开关电力变换技术将会朝着更加高效、智能和可靠的方向不断发展，为能源节约和环境保护做出更大的贡献。
希望本文能够为您提供有价值的参考，并对未来的发展趋势有所启示。
