DC／DC变换器软开关电路的仿真研究

船 电技 术Ｉ 控制技术
Ｖｌ１ ｏ ２１． ｏ３ － Ｎ ． ０１ ５ ５
双 向 ＤＣ Ｄ ． Ｃ变换器 软 开关技 术研 究
高晓峰 汪伟 石媛
ｆ 国船 舶 重 工 集 团 公 司 七 一 二 研 究 所 ，武 汉 ４ ０ ６ ） 中 ３ ０ ４ 摘 要 ：本文 分析 了移相 全桥 Ｚ ＶＳ 变 换 技 术 的 工 作 原 理 ，给 出 了 谐 振 电 感 的 选 取 条 件 ， 采 用 双 向 ＤＣ ＤＣ ・
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Ｉ ６ Ｂ ６ 口 Ｄ＝ ８ ｏ Ｄ＋ｃ ８ Ｂ＝ 五 １ｃ ＿＿ ＪＪ ｌ － ＿ Ｔ
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Ｋｅ ｒ ｓ ｂ・ｉ ｃｉｎ ｌＤＣ ＤＣ ｃ ｎ ｅｔｒｐ ａ ｅｓ ｉ ｏ ｔ ｌｚｒ －ｏｔｇ ｙｗｏ ｄ ： ｉ ｒ ｔ ａ， ／ ｏ ｖｒｅ， ｈ ｓ —ｈ ｔ ｎｒ ， ｅｏｖ ｌ ｅ － ｅ ｏ ＂ ｄ ＂ － ｆ ｃ ｏ＂ － ａ
ｌ 引言
双 向ＤＣ— ＤＣ变 换 器 被 广 泛 应 用 在 直 流 不 停 电 电源 系统 、航 天 电源 系 统 、 电动 汽 车 及 电池 充 电器 等 场 合 ， 以实 现 直 流 功 率 的双 向传 输 。为 Ｊ 了减 小变 换 器 的体 积 和 重 量 需提 高开 关 频 率 ，而 传 统 变换 器 开 关 频 率 的提 高会 增 加 开 关 损 耗 ，降 低 系 统 效 率Ｌ 。近 年 来 出现 了 解 决这 个 问题 的不 ２ Ｊ 同 方 案 。研 究 较 多 的 有谐 振 、准 谐 振 或 多 谐振 技 术 方 案 ， 这 些 方 案变 换 器 的 电压 电流 应 力较 高 ， 但

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。

开关仿寅研 穷
贵 州交通职业技术学院机电工程 系 朱 念
［ 摘 要］ 现如今 ， 高电压 输入的 ＤＣ— ＤＣ直流 变换 器在 开关 电源中得 到越 来越广泛 的应 用 ， 要求其输入 的高电压与输 出的 高精度 。
本文研 究了一种基 于交错并联双管正激 变换 器的零 电压转换 （ ｚ ｖ Ｔ ） 软 开关技 术 ， 并应用于总电路 中实现开关管的软 开关。最后 ． 应 用 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ仿真软件 对零 电压转换 的交错 并联 双管正激 变换 器进 行 了仿真 实验 ， 在 仿真 中不断优化 电路 参数 ， 并对仿真 结果进 行 了分析。 ［ 关键词］ 交错并联 零 电压转换 软 开关技术
３ ． 大功率交错并联双管正激变换器零 电压转换 电路 的仿真分析 电能是 当今社会最重要 的 、 最便利 的 、 最清洁 的， 也是适用范 围最 ３ ． １ 主要技术指标 广 的能 源形式 。电能转 换则是电能被合 理利用 的前提 ， 是用好 电的必 输 人 电压 ： Ｕ ｉ ｎ ＝ ４ １ ０ Ｖ 一 ６ １ ５ Ｖ ； 输 出电 压 ： Ｕ ｏ ＝ １ ８ ０ Ｖ ； 输 出功 率 ： Ｐ 由之路 。Ｄ Ｃ — Ｄ Ｃ变换 器是电能变换 的核心 装置 ， 电力电子领域 的发展 ３ ３ ０ ０ Ｗ； 输出 电流 ： Ｉ ｏ ＝ １ ８ ． ３ Ａ； 开关频 率： ｆ ｓ ＝ ５ ０ Ｋ Ｈ ｚ ； 效率： ＞９ ０ ％； 保 也 为提 高 Ｄ Ｅ — Ｄ Ｅ 变换器 的性能提 高做 出了贡献。提高变 换器 的工作 功 能 ： 输入 电压过压保护 ， 输入电压欠压保护 ， 输入电流过 流保护 。 频率成 为提高 Ｄ Ｃ — Ｄ ｃ 变换器性 能最直接的方法 。但是频率越高 ， 开关 ３ ． ２ 仿 真电路 图及仿真图形分析（ 如图 ２ 所示 ） 损耗就会越多 ， 相对 的变换效率就会 随之 降低 ， 而软开关 技术的引入可 以有效地降低开关损耗 。 一 ２ ． 交错并联双管正激变换器原理 分析 在几 种常用隔离式 变换器拓扑结构 中 ， 双管正 激变换器开关 电压 应力 低 ， 能 够从结 构上彻底 消除桥 臂直通 的危险 ， 提高变换 器 的可靠 ， 性， 而可靠性是所 有电力 电子装 置的生命线 。因此双管正激变换 器具 有其它变换器所无法 比拟的优点 ， 成为 目前应用最多的拓扑之一 。 为 了有效降低变 压器副边输 出二极 管 电压应 力 ， 本文采用交 错并 联 双管正 激组合 变换 器。该 组合变换器由两组双管正激变换器在输入 端交错并 联 、 输 出端并联 构成。两个并联单元 以相 位相差 １ ８ ０ 。 互 补方 式 工作 ， 其 输出电压脉动频率是实际开关管工作频率的两倍 ， 尤其适用 图２ 仿真 电路图 于大电流输 出场 合。在输 出电流一定的情况下 ， 副边整流峰值 电压减 小一般 ， 续流 时间短 ， 容易实现变换器的电流连续工作模式 。 交 错并联拓 扑可以减小流人输 出滤波 电容 的电流 ， 从 而减 小输 出 ¨ ／一 Ｉ ／，一 ｌ ： ／， ， ｌ 电压纹 波及噪声 ， 因而可以减小输出滤波 电感与滤波电容的大小 ， 提高 Ｔ ／ ｌ ／ ， ／ 其动态负载性 能 ， 具有抑制输出电流纹波 、 降低输 出滤波器容量和扩大 系统功率输出的显著优点。两路双管正激变换器进行交错连接有两种 方法 ： 一种是两个双管正激变换器并联在输出 电容两端 ， 两个双管正激 厂 ＼ 、 、 √／ 厂 、 ＼ 一 ／ ， ＼ 变换器用各 自的滤波 电感 ； 另一种是两个 双管正激变换器 并联在续流 ｆ ／ 二极管两端 ， 两个 双管正激 变换器共用一个滤波 电感 。 ／ ／ ＾ ～ ／ 输 出续流二极管侧并联的组合电路 ， 滤波 电感纹波较小 ， 输 出电容 电压纹波较小 ， 输 出电压纹波较小 ， 且使用 的元器件较少 。因此本论文 选用输出续流二极管侧并联 的交错并联变换器 电路 。 交错并联双管正激变换 器的零 电压转换分析 ： 图３ 开关管的零电压转换波形 在双管正 激变换器 的原 边有两个开关 管 ， 这两个开关 管在工作 中 由图 ３ 可知 ， 在软启动 的作用下 ， 输出 电压缓 慢上升 ， 没有过 冲 同 时开通 、 同时关 断。在开通 的时候 ， 两管 同时流过 副边滤 波电感 电 出现 。输 出电压纹 波小 于０ ． ５ Ｖ， 达 到要求 ， 很好 的实现了大功率下直 流， 从副边 折算到 原边 的折 算值加 上变压器 的激磁 电流 ； 当开关关 断 变换 器的零 电压启动 。 时， 两 个特性一致 的开关管共 同承受 输入电压 。根 据开关管 的这个 工 ４ ． 结 论 作特点 ， 如果设计 电压型软 开关 ， 只需要在两 开关的串联 回路中加入一 在 中功率场合 下双管正激 变换器具 有电压应力低且可靠性高等 个 与输 入电压相等 的电压源或等效 电压源与其相抵 消 ， 就可 以使 两个 点。交错并联 双管正激变换器 在保 留其优点 的同时 ， 克服 了副边 电 开关管 同时实现零 电压 开通或零 电压关 断 ； 同理， 如果设计 电流型软开 应 力高 、 电压 和电流脉动大及 变压器磁芯利用率低 等缺点 。在续 流 关， 只需要用 一条 支路将两 开关 串联 支路中的电流移走 ， 就能使两开关 极管侧并联 的组合变换器能 够增加变换器 的等效 占空 比， 提 高等效 管 同时 实现零 电流开通或关 断。零 电压转换实质上也属于零开关转换 率 ， 减小输 出电流脉动 ， 降低 副边续流二极管 的电压应力 ， 减 小滤波 器， 只不过谐振 网络与主开关是并联的 ， 从 而改善了零开关条件 。 的体积 ， 而且电路简单 ， 能够 自动均流。为了改善双管正激组合变换 由于双管 正激变换器 中两个 开关 管 （ 如Ｓ 和Ｓ ） 为串联方式 ， 控 的开关环境 ， 本文对 双管 正激变组合换器 的零 电压转换（ ｚ Ｖ Ｔ ） 电路进 制 两个 开关管 支路上的电压就能控制两个开关管的电压。根据这个原 了仿真 ， 该电路只采用一套辅助 电路 ， 同时实现组合变换器 中两个双 理 我们提 出了如图 ｌ 的交错并联 双管正激 变换 器的零 电压转换 电路。 正激变换器的主开关零电压开通和关断 ， 辅助开关零 电流开关 ， 但是 本 电路 由两个谐 振开关 管 ｓ 和 ｓ 两个 去耦合 二极管 Ｄ。 和 Ｄ。 以及 助开关为容性开通 ， 该辅助电路中没有谐振 电感 。 谐 振电容 Ｃ 组成 。因为变压器 中的漏感 和激 磁电感可作为谐振 电感 ， 因此电路中没有 另外 加入谐振 电感 。 参考文献 ［ １ ］ 李宇Ｂ ｕ ｃ ｋ ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ 变换 器的研 究［ 硕 士学位论文 ］ ． 南京 ： 南京舷 航 天大学， ２ ０ ０ ６ 年： １ — ２ ， ２ ６ — ２ ７ ．

４ Ｂｏｏｓｔ 电路的仿 真
４．１ 高频网络平均法和状态空间平均法模型仿真 由 推 广 的 高 频 网 络 平 均 法 和 状 态 平 均 法 公 式 （６）的 数 学 模 型， 应用 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 进行数学建模及波形 ２ Ｂｏｏｓｔ 变换器的低频等效电路模型
术 开关 Ｓ 等效为受控电压源 Ｖｓ、二极管 Ｄ 等效为受控电流源 ＩＤ，在 一 个 开 关 周 期 内 ，
（收 稿 日 期：２００７．８．１３）（修 稿 日 期：２００７．１０．１８）
图 ５ Ｂｏｏｓｔ 变换器原模型的 Ｍａｔｌａｂ 仿真及波形 首次将 高 频 网 络 平 均 法 推 广 到 ＰＷＭ （ＣＣＭ）开 关 变 换 器 中， 并建立了低频模型， 此方法同样适用于 ＤＣＭ 状态的变换器。该 模型推导简单，既容易导出其数学模型，又具有鲜明的电路意义， 非常适于仿真。容易得到电路直流特性， 低频小信号传递函数 等。在其他拓扑电路分析中相比于状态空间平均法可大大简化 分析过程。 本 文 建 模 和 仿 真 方 法 可 应 用 于 Ｂｕｃｋ － Ｂｏｏｓｔ 、Ｃｕｋ、Ｚｅｔａ、 Ｓｅｐｉｃ 以及其它拓扑电路中分析 ＣＣＭ 或 ＤＣＭ 状态的变换器。 本文作者创新点： 以典型 ＰＷＭ Ｂｏｏｓｔ 变换器为例进行了三 种方法建模， 首次将高频网络平均法推 广到 ＰＷＭ 开关变换器 中，并 建 立 了 低 频 模 型 ， 对 状 态 空 间 平 均 法 、推 广 的 高 频 网 络 平 均法、等效小参量法得到的数学模型以及实际电路模型应用 ＭＡＴＬＡＢ 进 行 了 仿 真 和 对 比 ， 得 出 其 适 用 范 围 ， 所 采 用 的 建 模 方法可推广应用于其他变换器。 参考文献 ［１］邱关源． 《现代电路理论》． 高等教育出版社，２００１．１ ［２］王云亮等．《电力电子学》．电子工业出版社，２００４．８ ［３］０ＡＲＴＨＵＲＦ． ＷＩＴＵＬＳＫＩ， ＩＥＥＥ ｔｒａｎｓ．Ｏｎ ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｖｏｌ． ５，ｎｏ．１ ＪＡＮＵＡＲＹ，１９９０ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｔｅ － Ｓｐａｃｅ Ａｖｅｒａｇｉｎｇ ｔｏ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｓｗｉｔｃｈｅｓ ａｎｄ Ｂｅｙｏｎｄ ［４］Ｐ．Ｋｒｅｉｎ ｅｔ．Ｏｎ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ａｖｅｒａｇｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｙｓｔｅｍｓ． ＩＥＥＥ ｔｒａｎｓ．Ｏｎ ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．１９９０，５ （２）： １８２－ １９０ ［５］赵录怀 杨育霞 张震。《电路与系统分析—使用 ＭＡＴＬＡＢ》．高 等教育出版社，２００４．７ ［６］ 林波涛 丘水生 ＰＷＭ 开关变换器的符号分析，电子学报， １９９６ 第 ９ 期 ［７］Ｂｏｔａｏ Ｌｉｎ Ｓｈｕｉ － Ｓｈｅｎｇ Ｑｉｕ Ａ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｑｕａｓｉ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ：Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｖｅｒａｇｉｎｇ

摘要开关电源是一种弱电和强电相结合的复杂电力电子装置，对于软开关电源，在一个工作周期内有多种工作模式，器件工作状态的影响因素很多，因而对设计手段提出了更高的要求。

而采用计算机仿真的方法研究开关电源的直流变换部分，可以对不同的设计方案进行快速的性能预测和比较，发现问题并及时改进。

本论文讨论了一种新型双管正激软开关DC/DC变换器的电路拓扑。

主功率器件采用IGBT元件，由功率二极管、电感、电容组成的谐振网络改善IGBT的开关条件，克服了传统开关在开通和闭合过程中产生功率损耗的缺点，减小了输出电压纹波，提高了电路效率。

论文中详细分析了电路工作原理，在不使用辅助开关管的情况下，实现了主功率开关管的软开通或关断。

依据设计原理建立了电路的仿真模型，利用Matlab/Simulink软件搭建了仿真模型，优化了主电路参数，记录了电路关键参数波形图，通过电路仿真验证了电路的可行性，该电路具有输出纹波小和输出功率高的特点。

该电路结构简单、成本低、工作频率高、效率高，有较高实用价值。

关键词：DC/DC变换器；双管正激；软开关；仿真AbstractThere is complicated relation between Power and electronics in device of the switching Power supply．For the soft-switching power supply，there are several modes in one work cycle and the working state of the switching device is influenced by so many terms and conditions．so it requires more advanced research means．If we research the switching power supply by computer simulation，different method and performance of the system can be compared rapidly，and the problems can be found soon and improved in time．The present paper discussed one new kind of double barrel to stir up soft switch DC/DC converter electric circuit analysis．The main power component uses the IGBT part，by the power diode, the inductance，the electric capacity is composed the resonant network to improve the switch condition of the IGBT，it will overcome the traditional switch to clear and in the closed process the power production will lose，it reduced the ripple voltage and improved the power efficiency．Entire chapter paper multianalysis electric circuit principle of work，in does not using in the auxiliary switching valve's situation，It has realized the main power switching valve's zero potential zero electric current clear and the shutdown．As it has established electric circuit's simulation model based on the principle of design，has built the simulation model using the Matlab/Simulink software，optimized the main circuit parameter，has recorded the electric circuit key parameter oscillogram，has confirmed this electric circuit principle of work analysis accuracy through the circuit simulation．This circuit structure is simple，the cost is low，the operating frequency is high，and the efficiency is high, so the converter has the high use value．Keywords：DC/DC converter；Double Barrel Forward；Soft-switching；Simulation目录第1章概述 (1)1.1 引言 (1)1.2 开关电源技术的发展状况 (1)1.3 课题的研究背景 (3)1.4 课题研究主要内容 (3)第2章DC/DC变换技术分析 (4)2.1 DC/DC变换器的分类 (4)2.2 正激变换器的原理 (5)2.3 本章小结 (10)第3章软开关技术分析及开关管的选择 (11)3.1 软开关电路的分类 (11)3.2 软开关与硬开关电路特性比较 (12)3.3 开关管的选择 (14)3.4 本章小结 (17)第4章软开关双管正激变换器的分析 (18)4.1 软开关双管正激变换器原理 (18)4.2 系统主要仿真参数的设计 (20)4.3 本章小结 (21)第5章双管正激软开关变换器的仿真研究 (22)5.1 Matlab仿真软件介绍 (22)5.2 主电路仿真 (23)5.3 本章小结 (29)结论 (30)参考文献 (31)致谢 (32)第1章概述1.1 引言电源大致可以分为两类：发出电能的电源和变换电能的电源。

基于三半桥拓扑的双向DC/DC变换器软开关条件研究1 引言双向DC/DC变换器是指在保持变换器两端的直流电压极性不变的情况下，能够根据需要调节能量传递方向，实现电能双向流动的直流变换器[1]。

多端口双向DC/DC变换器使多个电源互连，实现了多级电源之间多个方向的能量传输。

三半桥双向DC/DC变换器是一种新型的三端口变换器，它通过磁耦合将不同的电源结合在一起，通过移相控制实现同时或单独向负载供电。

该变换器拓扑所具有低压/高电流的输入特性；双向功率流动；开关管数量少，结构简单等优势。

三半桥双向DC/DC变换器在正向模式下的工作原理和换流过程与单输入ZVS双半桥DC/DC变换器是相似的，但是其软开关的条件以及影响软开关的因素都和单输入ZVS双半桥DC/DC变换器不同。

因此，研究三半桥双向DC/DC变换器的软开关的实现条件是十分有意义的。

2 三半桥变换器的工作原理隔离型三半桥DC/DC变换器的主电路包含两个输入级组合式升压半桥电路，一个三绕组的高频变压器，以及一个输出级电压型半桥电路。

将变压器用其等效模型[2，3]替换，其主电路以原边为参考的等效电路如图1所示。

图1三半桥DC/DC变换器以原边为参考的等效电路在正向（Boost）模式下，一个完整的开关周期根据状态的不同可以划分成t0～t19共19个工作区间。

这里假设t1时刻之前的稳态对应于开关管S1导通，开关管S5和S3的反并联二极管D5, D3因正向偏置而导通。

具体模态如下。

⑴模态1（t0～t1）在t1时刻之前，电路达到稳态，S1, D5和D3导通，Vcr2=V1+V2电感Ldcl、Ldc2均在释放能量，两个输入端的电感电流均在线性下降。

此阶段电容C1经S1放电，C2充电，电容C5经二极管D5充电，C6放电，原边所提供的功率除传递给负载外，同时给电容C3充电。

⑵模态2(t1～t2)t1时刻S1关断，Cr1、Cr2与Tr谐振，Cr1充电，Cr2放电，Vcr2从Vcr2=V1+V2开始降低，Vr12＝Vcr2－V2也因此降低，电容Cr1、Cr2的电压变化率为Vcr2=（V1+V2）－Vr1，时刻Vcr2由0开始变负时，D2开始因正偏而导通。

足够大的电容看作是恒 压电源 和 。 其原因在与在一个 这一个 过程 当中， ｆ 是保持不变的状态， 并且其 具体 的值 就
开关 的周期之 内， 变压器与耦合 电感之间的电压均 值是０ ， 且变换器 的桥壁 开通 的时间均占到整个周期的ｌ ／ ２ 。 这样 以及 的值都为 ／ ２ 。 为了使研究工作能够进一步简化 ， 在 实际研究当中可 以建设二极管和ＭＯｓ 管都是理想器件。 并且 在 进行研 究的过程 当中变压器、 耦 合电感等 的励 磁电感均 都忽略。 耦 合电感Ｌ 可 以被看作是ｎ ｋ＝ １ 的理想变压器 ， Ｌ
摘 要 ： Ｚ ｖ ｓ 变换器性能十分优 良， 而且由于ｚ ｖｓ 开关能够在零电压软开关下工作， 其损耗 变得十分低 ， 加上结构更加简单， 因
此在ＤＣ ／ ＤＣ 变换场合应用广泛 。
关键 词 ： Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ 变换 器； Ｄ Ｓ Ｐ ； 零 电压 开关
与其并联 ， 在对整个电路进行合理的简化之后， 其等效电路 所示。 这一变换器使用的是全桥结构， 如图１ 所示， 在次一级上 如 图１ 所采用的全波整流 ， 为了降低导通 损耗 ， 在进行副边设计 时 １ ． １ ～ｔ １ 时 间段 在ｔ 。 ～ ｆ 时间端上， Ｑ 和Ｑ ３ 会 闭合， 与此同时ｉ 以及ｉ 回经 采 用了反并联 续流二极管Ｄ Ｘ。 在变 换器当中采 用一个耦合
是Ｉ ｏ ／ ｎ Ｔ Ｒ ， 由 于ｆ １ ＝ ／ ２ ＋ 并且ｉ ２ ＝ ｉ ／ ２ 一 ｆ ， 那么ｉ １ 以及ｉ ２ 都能够
以一样 的速率进行变化 。 当ｔ ＝ ３ 时， ｆ Ｍ 的值会变成０ 。
１ ． ４ Байду номын сангаасｔ ４ 时间段
在ｉ Ｍ ＝ ０ 的时刻， 在Ｌ Ｍ 上 的电压 Ｖ Ａ Ｂ ＝ 一 ， 这 样， Ｍ 能够 ． Ｖ ｉ Ｖ ￣ ／ Ｌ Ｍ 能够 以反方 向上升， 此时就会 出现 ｆ １ 不断下降以及ｆ 不断上升 的结果， 这样就可 以滞后臂的０ 电压开关做好 准备

基于软开关技术的DC/DC功率变换器的设计O 引言基于软开关技术的全桥DC／DC变换器在高频、大功率的直流变换领域，有着广泛的应用前景，它提高了系统的效率，增大了装置的功率密度。

本文设计的变换器现正应用于电子模拟功率负载中，该负载系统要求能有效实现能量回馈电网，且直流高压>540V，低压直流为48~60V，因此，为升压变换。

限于篇幅，本文仅对DC／DC变换器的设计进行讨论，该变换器利用高频变压器的原边漏感、功率MOSFET并联外接的电容实现零电压开关，该方案简单、高效、易实现。

采用改进型移相控制器UC3879为控制核心，对变换器实现恒流输入控制，文中给出了实用的控制电路和主要参数的设计方法。

试验结果证明系统性能优良、效率高、功率密度大。

1 基本原理1.1 DC／DC变换器的电路原理图1所示的是DC／DC功率变换器的电路原理图，功率开关管S1~S4及内部集成的二极管组成全桥开关变换器，S1及S3组成超前桥臂，S2及S4组成滞后桥臂，S1~S4在寄生电容、外接电容C1~C4和变压器漏感的作用F谐振，实现零电压开关。

其中C7为隔直电容，可有效地防止高频变压器的直流偏磁。

低压直流侧滤波电容为C5、C6、L1为共模电感。

实时检测的输入侧电流值同指令电流值比较，得到的误差信号经过PI环节输出，由改进型移相控制器U C3879组成的控制系统实时生成变换器的触发脉冲；系统实行恒流控制，便于在不同负载情况下考核被测试的直流电源组，同时，也利于根据试验考核系统的功率等级，实现多个相同电子模拟负载模块的并联。

经过实验测试，DC／DC功率变换器工作在软开关状态下，输出高压直流为560V时，高频变压器副边电压的峰值高达1000V。

考虑在工程应用中，系统应该有足够的储备裕量，以利于长时间可靠、安全的运行，整流部分由两个完全相同的整流桥串联构成。

1.2 控制策略对于全桥变换器的控制通常有双极性控制方式、有限双极性控制方式和移相控制方式。

DC/DC变换器新型软开关技术的研究的开题报告一、选题背景和意义DC/DC变换器是现代电子设备中广泛应用的一类电力转换装置。

随着电子设备的高速发展和对于能效要求越来越高，DC/DC变换器的高能效和高可靠性也成为了设计和研究的重点。

传统的硬开关技术能够得到广泛应用，但由于其存在电磁干扰、能量回收等问题，新型的软开关技术逐渐崭露头角，并逐步成为DC/DC变换器的研究方向。

本选题旨在研究DC/DC变换器新型软开关技术，探索其在提高DC/DC变换器能效、减少器件损耗以及提高系统可靠性等方面的应用潜力，为电力电子技术的发展做出贡献。

二、研究内容和方法本选题主要研究内容包括新型软开关技术在DC/DC变换器中的应用原理、工作状态分析、性能评估和优化设计等方面。

具体研究内容如下：1.研究新型软开关技术的基本原理和特点，比较常用的软开关技术，分析其优缺点。

2.分析DC/DC变换器的基本工作原理，建立数学模型，研究传统硬开关技术的工作状态及其损耗机制。

3.从电磁干扰、能量回收等角度探讨新型软开关技术的工作状态以及对于器件损耗和DC/DC变换器综合性能的影响。

4.通过仿真软件进行仿真实验，对比硬开关和软开关技术的变换器性能，并对软开关技术进行优化设计，使DC/DC变换器的能效、可靠性指标进一步提高。

研究方法主要采用文献资料调研、理论分析、仿真实验等方法。

三、预期目标和创新点本选题旨在研究DC/DC变换器新型软开关技术的应用，以提高变换器的效率、可靠性和抗干扰能力。

预期实现以下目标：1.深入分析新型软开关技术的原理和优点，探讨其在DC/DC变换器中的应用潜力。

2.通过仿真实验，对比硬开关和软开关技术的变换器性能，验证新型软开关技术在提高能效和可靠性方面的优势。

3.优化设计软开关技术，进一步提高DC/DC变换器的效率和可靠性，并为电力电子技术的发展做出贡献。

创新点：1.探索新型软开关技术在DC/DC变换器应用中的新途径，为提高能效、减少器件损耗、提高系统可靠性等方面提供新思路。

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。

DC-DC开关变换器建模与数字仿真分析研究的开题报告一、研究背景随着电子技术的不断发展，直接得到的电源电压已经很难满足现代数码电子设备的需求。

同时，采用电池供电的便携式设备也更加普及。

因此，直流电源转换器(DC-DC变换器)被广泛应用于各种电子设备。

DC-DC变换器可将电池供电电压转换为适合电子设备使用的恒定电压、电流或功率等。

开关型DC-DC变换器通过开关原理实现高效率、小尺寸、轻重量的电源适配器。

同时，稳压、降噪等功能也是众多DC-DC 变换器需求的重要因素。

因此，对DC-DC开关变换器进行建模仿真是进行性能优化的首要步骤。

二、研究目的本研究旨在对DC-DC开关变换器进行建模与数字仿真分析，以评估系统性能和稳定性。

具体目标如下：1. 建立DC-DC开关变换器的电路模型，并设计合适的控制算法；2. 通过数字仿真分析，评估DC-DC开关变换器的性能指标，包括电压稳定性、纹波、效率等；3. 探索DC-DC开关变换器的优化方法，提高其效率和稳定性。

三、研究内容1. DC-DC开关变换器电路模型的建立通过建立电路模型，可以对DC-DC开关变换器进行数学分析。

本研究将使用模块化建模的方法，将DC-DC开关变换器分为不同的模块，如输入滤波器、开关型切换器、输出滤波器等。

在每个模块中，采用相关的基本公式进行描述，并确定相应的系统参数。

2. 控制策略的设计控制策略对DC-DC开关变换器的稳定性和性能具有重要影响。

本研究将通过分析DC-DC开关变换器的工作原理，设计出恰当的控制策略。

具体来说，将研究开关频率控制、脉宽调制等控制方法，以确保输出电压的稳定性和纹波的最小化。

3. 数字仿真分析本研究将通过仿真软件进行数字仿真分析，模拟DC-DC开关变换器各种工作场景，包括小负载、大负载等。

首先，通过纯电阻负载、电容滤波负载等简单负载场景，验证模型的正确性。

然后，分析不同工作条件下DC-DC开关变换器效率、输出纹波、电压稳定性等重要性能指标。

作者简介 ：韦坚 （ １ ９ ８ ９ 一 ） ， 男， 广西南宁人 ， 硕士研究生 ， 研究方向为电气 自动控制及计算机应用技术。
２ ０ １ ５年 第 ２ 期
移
动
电 源
与
车
辆
１ ５
当ｔ ＜ｔ ０ 时， 开 关处 于关 断状态 ， 此 。
Ｄ Ｃ — Ｄ Ｃ变换 器被 广 泛 应用 于 直 流不 停 电系 统 、 航 天 电源 系统 以及 电动 汽 车 等 ， 以实 现 直 流功 率 的
Ｄ Ｃ — Ｄ Ｃ 变换 （ Ｂｏ ｏ ｓ ｔ 了 压 ）
传输。为了减小变换器的体积和重量 ， 需要提高开 关频率 ， 而传统变换器 开关频率的提高会增加开关 损耗 ， 降低 系统效 率 。 近年 来 涌 现 出不 同 的方 案 解 决此 问题 ， 如谐 振 开 关 技 术 ¨ Ｊ 、 零 开 关 技 术 和零 转
一
当ｔ ０＜ｔ＜ｔ 时 ， 开 关 管 导通 ， 电流 ｉ 线 性 下 降 。当 ｔ ＝ｔ 。时 ， 开关器 件导 通 ，由于这 时通过 电感 Ｌ 的 电流不 能突变 ， 使 得通 过开关 器件 ｖ Ｔ的 电流 ｉ
从 零 开始上 升 ， 从 而 实现 开关 管 的零 电流开 通 。当 ｔ
摘要 ： 首先确定 了软开关应用于变换器的拓扑结 构 ， 并对软开 关 的工 作模态进 行 了分析 ， 利用三角 形法研究 了软开 关 的损 耗特性 ， 对 比分析了软开关减少开关损耗的效果 。ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ作 为 Ｄ Ｃ — Ｄ Ｃ变换 器的开关器 件 ， 仿 真结果与试验
结 果均实现了其软开关的效果 ， 验证 了理论分析 的有效性 。 关键词 ： 变换器 ； Ｍ Ｏ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ； 工作模态 ； 软开关 ； 损耗特性

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PWM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。

第一章
1.1 研究背景
在人们的生活中，电力已成为与生产生活息息相关的一部分，在各个场合，人们都需要各式各样的电力来为其服务，然而并不是所有的电力都能在一开始就能满足需要，于是就要求有电力变换的过程。在电子设备领域中，通常将整流器称为一次电源，而将DC/DC变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成安全的直流电源。目前，在电子设备中用的一次电源中，传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代，高频开关电源通过MOSFET或IGBT实现高频工作，开关频率一般控制在50kHz～100kHz范围内，实现高效率和小型化。电子设备中所用的集成电路的种类繁多，其电源电压也各不相同,在电子供电系统中，采用高功率密度的高频DC/DC隔离电源模块,从中间主线电压变换成所需的各种直流电压，可以大大减小损耗、方便维护,且安装和增容非常方便。一般都可直接装在标准控制板上，对二次电源的要求是高功率密度。因为电子设备容量的不断增加，其电源容量也将不断增加。
负载电流平均值I=Ud/R（2-2）
电流断续时，Uo平均值会被抬高，一般不希望出现
斩波电路三种控制方式
a脉冲宽度调制（PWM）或脉冲调宽型——T不变，调节ton，应用最多
b频率调制或调频型——ton不变，改变T
c混合型——ton和T都可调，使占空比改变
图2-1降压斩波电路的原理图及波形
a）电路图b）电流连续时的波形c）电流断续时的波形
1.2 课题意义
(1)DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约20％～30％的电能。直流斩波器不仅能起到调压的作用(开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

dcdc全桥软开关仿真文献综述随着电子技术的不断发展，DC-DC变换器在现代电子电路中得到了广泛应用。

其中，全桥拓扑结构的DC-DC变换器具有高效、高稳定性、高可靠性等优点，因此在工业、航空、军事等领域得到了广泛应用。

但是，在全桥拓扑结构中，由于开关管的开关动作会产生电磁干扰、温度升高等问题，因此需要采用软开关技术来解决这些问题。

本文将对DC-DC全桥软开关仿真方面的研究进行综述。

一、DC-DC全桥软开关技术研究现状1.1 DC-DC全桥软开关技术的发展历程DC-DC全桥软开关技术的研究可以追溯到上世纪80年代。

当时，由于硅管的开关速度较慢，且在高频率下易产生开关损耗，因此研究人员开始探索采用软开关技术来解决这些问题。

随着功率电子器件的发展，如IGBT、MOSFET等，软开关技术得到了广泛应用。

在全桥拓扑结构中，采用软开关技术可以有效降低开关损耗，提高系统效率和可靠性。

1.2 DC-DC全桥软开关技术的研究方向目前，DC-DC全桥软开关技术的研究方向主要集中在以下几个方面：（1）软开关技术的研究和应用：包括软开关的原理、软开关技术的实现方法、软开关控制策略等方面的研究。

（2）拓扑结构的研究和优化：针对全桥拓扑结构的特点，研究如何优化拓扑结构，提高系统效率和可靠性。

（3）电路参数的研究和优化：包括电感、电容等参数的选择和优化，以及电路布局和散热等方面的研究。

1.3 DC-DC全桥软开关技术的应用领域DC-DC全桥软开关技术在工业、航空、军事等领域得到了广泛应用。

其中，应用最为广泛的领域包括电力电子、通信、计算机等。

在电力电子领域，DC-DC全桥软开关技术被广泛应用于电机驱动、电力变换器、UPS等领域。

在通信领域，DC-DC全桥软开关技术被广泛应用于光纤通信、无线通信、卫星通信等领域。

在计算机领域，DC-DC 全桥软开关技术被广泛应用于服务器、工作站、笔记本电脑等领域。

二、DC-DC全桥软开关仿真技术研究现状2.1 DC-DC全桥软开关仿真技术的研究意义DC-DC全桥软开关仿真技术可以在不需要实际硬件的情况下，对电路进行仿真分析，快速评估电路性能和优化设计方案。

软开关双向DCDC变换器的研究一、本文概述1、介绍双向DCDC变换器的研究背景和意义随着可再生能源和电动汽车等领域的快速发展，对于高效、可靠且智能的电力转换系统的需求日益增加。

双向DC-DC变换器作为一种能够实现电能双向流动的电力转换装置，在这些领域中发挥着至关重要的作用。

本文旨在深入研究软开关双向DC-DC变换器的相关技术和应用，为提升电力转换系统的效率和可靠性提供理论支持和实践指导。

双向DC-DC变换器的研究背景主要源于其广泛的应用场景。

在可再生能源领域，如太阳能和风能发电系统中，由于电源的不稳定性和间歇性，需要一种能够灵活调节电能流动的装置来确保电力系统的稳定运行。

在电动汽车领域，双向DC-DC变换器可以实现车载电池与超级电容之间的能量双向流动，从而提高电动汽车的能量利用效率和动态性能。

研究双向DC-DC变换器的意义在于，通过优化其控制技术和拓扑结构，可以提高电力转换系统的效率和可靠性，降低能量损耗和系统成本。

随着智能电网和分布式发电系统的快速发展，双向DC-DC变换器在电能管理、优化调度和故障隔离等方面也发挥着越来越重要的作用。

因此，对软开关双向DC-DC变换器的研究不仅具有重要的理论价值，还具有广阔的应用前景。

本文将对软开关双向DC-DC变换器的相关技术和应用进行深入研究，旨在为其在可再生能源、电动汽车和智能电网等领域的应用提供理论支持和实践指导。

通过不断优化其控制技术和拓扑结构，有望推动电力转换系统向更高效、更可靠和更智能的方向发展。

2、软开关技术的概念、特点及其在双向DCDC变换器中的应用软开关技术是一种在电力电子领域广泛应用的创新技术，它通过在开关过程中引入谐振，使得开关的切换在零电压或零电流的条件下进行，从而显著降低了开关损耗，提高了系统的效率。

相比于传统的硬开关技术，软开关技术在开关动作时产生的电磁干扰（EMI）和噪声也大大减少，使得整个系统的可靠性得到了提升。

在双向DCDC变换器中，软开关技术的应用主要体现在两个方面：一是实现开关管的零电压开关（ZVS）或零电流开关（ZCS），从而降低开关损耗，提高变换器的效率；二是通过谐振过程，实现能量的传递和回收，进一步提高系统的能量利用效率。

DCDC开关变换器的建模分析与研究DC-DC开关变换器是一种将直流电能转换为可变电压或可变电流的电力转换设备。

它通过开关管的开关操作，将输入直流电源通过开关操作从电源中提取电能，经过滤波和调节后，输出所需的电压或电流。

DC-DC开关变换器的建模分析与研究主要包括以下几个方面：1.基本电路模型：DC-DC开关变换器一般由开关管、电感、电容和二极管等基本元件组成。

建立这些元件之间的电路连接关系，可以得到DC-DC开关变换器的基本电路模型。

2.状态空间分析：通过建立DC-DC开关变换器的状态空间方程，可以对系统的状态进行描述和分析。

状态空间分析可以帮助研究者深入了解系统的动态特性，比如系统的阻尼、振荡频率等。

状态空间分析还可以进行系统控制设计和参数优化等工作。

3.均衡分析：DC-DC开关变换器在不同工作状态下，系统的电压和电流会有不同的变化特性。

通过对系统的均衡分析，可以确定系统在不同工作状态下的电压、电流等数据。

这对于系统的稳定性分析、能量传输效率的研究以及开发可靠的控制方法等方面都有重要意义。

4.动态响应分析：DC-DC开关变换器在不同负载和输入条件下，系统的动态响应特性会有所不同。

通过对系统的动态响应进行分析，可以了解系统对负载变化和输入电压波动等的适应能力，为系统的控制方法设计提供依据。

5.控制策略研究：DC-DC开关变换器的控制策略研究是建模分析的重要内容。

不同的控制策略可以对系统的性能产生不同的影响。

常用的控制策略包括比例积分控制（PI控制）、模糊控制、模型预测控制（MPC）等。

通过对不同控制策略的比较和分析，可以选择适合特定应用场景的最佳控制策略。

总之，DC-DC开关变换器的建模分析与研究对于深入理解系统的电气特性、设计高效可靠的控制方法以及提高系统的性能都具有重要意义。

在建模分析与研究的过程中，需要考虑系统的基本电路结构、状态空间方程、均衡分析、动态响应特性和控制策略等多个方面的内容，通过综合分析和比较，可以得到对系统性能和工作特性有较好理解的研究成果。