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电力电子技术作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着高频化、大容量化、高性能化方向发展,然而,高频化、大容量化也带来了电磁干扰(EMI)和谐波污染等问题。软开关技术的出现解决了这一系列问题。它实际上是利用电感和电容来对开关管的开关轨迹进行整形的技术,使开关管开通前电压先降为零,或关断前电流先降为零,从而大大降低了功率开关损耗,减小了噪声污染和电磁干扰。软开关谐振技术从一出现就得到了飞快的发展,出现了各种各样的拓扑结构,已经成为人们设计高频开关电源以及设计各种功率开关驱动电源的首选。
首先,本文首先论述了电力电子技术的发展现状及背景,得知谐振软开关技术在电力电子技术中起着越来越重要的作用,并将传统的硬开关与软开关进行比较,可知应用了软开关技术后,可减小功率开关管的开关损耗,提高变换器效率。基于此,本文提出了基于负载电压换流的ZCS-PFM控制反激DC-DC变换器,该变换器是通过谐振电感和谐振电容的谐振,在谐振电流过零点时功率开关管导通或关断,实现了ZCS开关。此外本文采用了脉冲频率调制方式(Pulse Frequency Modulation,PFM),弥补了PWM控制方式的轻载时效率低的不足。
其次,本文分析了基于负载电压换流的ZCS-PFM控制反激DC-DC变换器拓扑实现软开关的原理及软开关工作模式,给出不同工作模式下的等效电路图,对变换器稳态工作过程进行理论分析,推导各个工作模态的数学表达式,得出了理论波形。为验证理论分析的正确性,应用OrCAD PSpice和MATLAB软件对该变换器的主电路进行了不同工作频率、不同负载和耦合系数时的仿真,仿真结果证实了该基于负载电压换流的ZCS-PFM控制反激DC-DC变换器优良的软开关特性,也证实了理论分析的正确性。
最后,本文指出了基于负载电压换流的ZCS-PFM控制反激DC-DC变换器优良的软开关特性,并对下一步研究工作进行了展望。