【正文】 上主開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗部分轉(zhuǎn)移到了輔助開(kāi)關(guān)上，輔助管為硬開(kāi)關(guān)或開(kāi)關(guān)條件不理想。因而目前本課題的主要問(wèn)題是確定軟開(kāi)關(guān)方法的確定，繼而確定控制電路。而關(guān)于軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，只在電力電子器件以及電力電子技術(shù)書(shū)中有過(guò)簡(jiǎn)單的了解。鑒于本課題的實(shí)用性，在網(wǎng)上我找到了很多論文，山東大學(xué)的李洪越在2010年的畢業(yè)設(shè)計(jì)中有過(guò)很深的研究，同此，南京航空航天大學(xué)的蔡鵬在畢業(yè)設(shè)計(jì)中也在這方面做過(guò)一定的研究，等等。第三周與第四周主要是詳細(xì)地閱讀了所下載的資料與借閱的書(shū)籍。此外，關(guān)于英文翻譯部分，我翻譯的文獻(xiàn)是與本課題息息相關(guān)的。第34周主電路、軟開(kāi)關(guān)技術(shù)工作原理的學(xué)習(xí)與鞏固，大致確定控制方案。第68周對(duì)主電路進(jìn)行Ｍａｔｌａｂ開(kāi)環(huán)仿真并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。第1012周確定控制電路參數(shù)，并對(duì)控制電路進(jìn)行仿真。第16周進(jìn)行所有工作的書(shū)面整理，準(zhǔn)備迎接答辯。在軟開(kāi)關(guān)技術(shù)出現(xiàn)之前，電力電子裝置中通過(guò)控制門(mén)極來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷，在此過(guò)程中，開(kāi)通電壓或關(guān)斷電流相當(dāng)大，這種被稱之為硬開(kāi)關(guān)的工作方式，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率很高時(shí)，會(huì)造成很大的開(kāi)關(guān)損耗，而且開(kāi)關(guān)過(guò)程中電流和電壓的變化率很大,產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，給電路造成嚴(yán)重的噪聲污染，嚴(yán)重制約電力電子器件的發(fā)展。二、研究主要成果 自上世紀(jì) 70 年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外電力電子和電源技術(shù)領(lǐng)域不斷研制開(kāi)發(fā)高頻軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，到目前為止，已提出了多種不同的軟開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)際應(yīng)用也取得了一系列成功。目前，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的進(jìn)展主要在小功率開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域，對(duì)于中大功率電源，特別是焊接電源，由于工作環(huán)境惡劣，器件容量及可靠性等方面的原因，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)用還比較少。目前已研制出產(chǎn)品，如雙 IGBT 管正激零電壓轉(zhuǎn)換 脈寬調(diào)制（ZVTPWM）軟開(kāi)關(guān)焊接電源，輸出 20 kW,500A,開(kāi)關(guān)頻率40kHz，效率 92 %。當(dāng)開(kāi)關(guān)管電流過(guò)零時(shí), 使開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；開(kāi)關(guān)管電壓過(guò)零時(shí), 使開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。軟開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)器件在開(kāi)通或關(guān)斷的過(guò)程中, 或是加于其上的電壓為零,或是通過(guò)開(kāi)關(guān)器件的電流為零。三、發(fā)展趨勢(shì)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，目前對(duì)電力電子裝置的要求愈加趨向于小型化，輕量化，隨著頻率的提高又帶來(lái)了電磁干擾、開(kāi)關(guān)應(yīng)力、開(kāi)關(guān)損耗等問(wèn)題。到目前為止，軟開(kāi)關(guān)變換器基本都應(yīng)用了諧振原理，在電路中并聯(lián)或串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò), 很可能產(chǎn)生諧振損耗, 并使電路受到固有問(wèn)題的影響。組合軟開(kāi)關(guān)技術(shù)結(jié)合了無(wú)損耗吸收與諧振式零電壓、零電流技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),電路中既可以存在零電壓開(kāi)通,也可以存在零電流關(guān)斷,同時(shí)既可以包含零電流開(kāi)通,也可以包含零壓關(guān)斷,這四種狀態(tài)可以任意組合。四、存在問(wèn)題目前，世界各國(guó)的軟開(kāi)關(guān)變換技術(shù)，其各種大功率變換方案歸納起來(lái)，大體上有如下三種類型。：附加電感器或電容器，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，利用電容器對(duì)電壓低速響應(yīng)的緩沖作用；在開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，利用電感器對(duì)電流滯后的緩沖作用來(lái)進(jìn)行軟開(kāi)關(guān)變換。對(duì)于上述三種軟開(kāi)關(guān)變換的類型，最合適的控制就是利用PWM控制。但在另一方面，它還有如下缺點(diǎn)：因?yàn)橹C振作用，產(chǎn)生了高于電源電壓兩倍以上的高電壓；即使是輕負(fù)載，也會(huì)產(chǎn)生高頻諧振損耗；改變脈沖數(shù)量可以調(diào)整輸出大小，即進(jìn)行等效的PDM控制，對(duì)于要實(shí)現(xiàn)寬范圍的控制，就要有比輸出頻率更高的諧振頻率；在相同的條件下，輸出波形畸變較大。前4周的工作任務(wù)是了解Cuk主電路的工作原理以及軟開(kāi)關(guān)的基本分類及工作方法，比如諧振變換器、準(zhǔn)諧振變換器、多諧振變換器等等。二、 主電路的研究圖21所示為Cuk斬波電路的原理圖及其等效電路。 Cuk 電路工作原理當(dāng)S處于通態(tài)時(shí)，UiL1S 回路和C1SRL2回路分別流過(guò)電流。輸出電壓極性與電源電壓極性相反。Cuk電路中，穩(wěn)態(tài)電容C1的電流在一周期內(nèi)的平均值為零，它對(duì)時(shí)間的積分為零，即： （21）在等效電路中，開(kāi)關(guān)S合向B點(diǎn)的時(shí)間即S處于通態(tài)的時(shí)間ton，電容電流和時(shí)間的乘積為I2ton；開(kāi)關(guān)S合向B點(diǎn)的時(shí)間即S處于斷態(tài)的時(shí)間toff，電容電流與時(shí)間的乘積為I1toff。當(dāng)開(kāi)關(guān) S 合在 B 點(diǎn)時(shí)，電壓 UB等于零，A 點(diǎn)電壓 UA=UC1，當(dāng)開(kāi)關(guān) S 合在 A 點(diǎn)時(shí)，UB=UC1，UA等于零。電感L2的電壓平均值為零，有Uo=UC1，可得到輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系為UO= （24） 上式中，α為開(kāi)關(guān)管S1的導(dǎo)通占空比。Cuk電路與其他斬波電路相比，它有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，即輸入電流、輸出電流都是連續(xù)的，而且脈動(dòng)分量小，大大簡(jiǎn)化了輸入、輸出濾波裝置的設(shè)計(jì)。 零電壓轉(zhuǎn)換Cuk變換器拓?fù)銫uk 變換器的輸入、輸出電流連續(xù)，輸出電壓范圍寬，輸出濾波器簡(jiǎn)單，所以近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。新型零電壓轉(zhuǎn)換(ZVT)應(yīng)用于 Cuk 變換器實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，這些新型變換器可以擁有 PWM 變換器和諧振變換器的雙重優(yōu)點(diǎn)。本節(jié)討論近年來(lái)較多使用的應(yīng)用電力MOSFET的ZVT Cuk變換器。該ZVT Cuk拓?fù)涞奶攸c(diǎn)總結(jié)如下：優(yōu)點(diǎn)：1) 諧振電感 的放電回路不經(jīng)過(guò)主開(kāi)關(guān) ，所以在 完全放電之前，可以關(guān)斷，從而最小占空比降低了。在線性場(chǎng)合，主開(kāi)關(guān) 占空比范圍決定輸出電壓范圍，所以 B 類拓?fù)涞妮敵鲭妷悍秶苍龃罅?，也不需要抗飽和裝置。缺點(diǎn)：1) A 類和 B 類拓?fù)渲校o開(kāi)關(guān) 和輔二極管 均為硬開(kāi)關(guān)工作；2) 與A類拓?fù)湎啾容^，輔開(kāi)關(guān)和輔二極管的電壓應(yīng)力從增加到。本節(jié)詳述一下圖 33 所示 ZVT Cuk 電路的工作原理，為了便于分析，假設(shè)變換器處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，電容 的電壓 恒定，電感、上的電流 、恒定，二極管為理想器件，新型電路的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期可以分成 7 個(gè)模態(tài)，各個(gè)模態(tài)的等效電路如圖 34 所示。 (t)=(t) (31)模態(tài) 2(圖 34b)，t，之前，的電壓 ==()，時(shí)，經(jīng)過(guò)與開(kāi)始諧振，1/4 諧振周期后，即時(shí)，電壓放電至零，諧振電流達(dá)到峰值，進(jìn)入模態(tài) 3。模態(tài) 3(圖 34c)，t，時(shí)，放電至零，主開(kāi)關(guān)的體二極管導(dǎo)通，漏源極間電壓被鉗位為零，保持其諧振峰值不變，時(shí)，打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通，同時(shí)關(guān)斷，進(jìn)入模態(tài) 4。 =(t) (35)模態(tài) 5(圖 34e)，t，時(shí)，關(guān)斷，、開(kāi)始給充電，兩端電壓線性上升，時(shí)，上升至，開(kāi)始導(dǎo)通，進(jìn)入模態(tài) 6。模態(tài) 7(圖 34g)，t，時(shí)，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，流過(guò)電流()，時(shí)，開(kāi)通，再次進(jìn)入模態(tài) 1，開(kāi)始下一個(gè)工作周期。 2. 第1315周，繪制整個(gè)電路的原理圖，完善所有參數(shù)的設(shè)計(jì)，以及進(jìn)行元器件的選擇。4. 第18周，準(zhǔn)備答辯。switchingthreelevela uxiliiary resonant mutated pole inverter for highpower applications[C]，lEE Proe．Electr．Power Appl，1998，145(1)：2532．七、 指導(dǎo)教師意見(jiàn)在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這10周時(shí)間里，魏老師針對(duì)我畢設(shè)的問(wèn)題給予了很多的耐心詳細(xì)的指導(dǎo)，對(duì)我提出的 問(wèn)題都做了很深刻的講解，幫助我對(duì)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)及Matlab仿真模型的建立增加了更多的認(rèn)識(shí)，這就讓我把平時(shí)所學(xué)應(yīng)用到了具體的實(shí)踐之中。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，學(xué)院給了我們很大支持，讓我們有實(shí)踐、有空間去完善自己的設(shè)計(jì)，在綜合實(shí)踐中得到鍛煉。它在幾百瓦到幾千瓦的范圍里得到了很好的應(yīng)用。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是零電壓開(kāi)關(guān)在無(wú)負(fù)載中沒(méi)有嚴(yán)重的傳導(dǎo)損耗，恒定的頻率以及近乎理想的濾波波形。新的拓?fù)湫枰獌蓚€(gè)變壓器和兩個(gè)直流旁路的電容器。第一部分研究分析了變換器作為典型的大多數(shù)的開(kāi)關(guān)電源，即使輸入電壓變化很大但輸出電壓是穩(wěn)定的，這一點(diǎn)做得很好。它的主要吸引力的特征是刺激零電壓轉(zhuǎn)換，他的恒定轉(zhuǎn)換頻率和簡(jiǎn)單的控制和全橋硬開(kāi)關(guān)變換器相似。常見(jiàn)的PMC原理圖如圖1（a）所示，理想的轉(zhuǎn)換電壓和主要的電流波形如圖1圖1 PMC 原理圖及電壓電流波形（b）所示。從零電壓的觀點(diǎn)來(lái)看，左臂的兩個(gè)開(kāi)關(guān)和右臂的兩個(gè)開(kāi)關(guān)明顯是在不同的條件下運(yùn)行的。如圖1b所示，在右邊從開(kāi)通到關(guān)斷的過(guò)程中，變壓器原邊電流不改變方向并仍然在正的方向通過(guò)將開(kāi)關(guān)電容放電來(lái)實(shí)現(xiàn)零電壓轉(zhuǎn)換。因此可用于對(duì)開(kāi)關(guān)電容充放電的能量變少，導(dǎo)致左臂的零電壓轉(zhuǎn)換變得更加困難。在常見(jiàn)的相位調(diào)制轉(zhuǎn)換器中有兩種方式能將零電壓轉(zhuǎn)換的負(fù)載范圍增加。這種方法在增加負(fù)載范圍的同時(shí)也導(dǎo)致了很高的伏特?fù)p耗，要求變壓器的匝數(shù)比做出讓步。利用飽和電感器，而非線性電感在一定程度上能夠減少伏特?fù)p耗，但是仍然不能實(shí)現(xiàn)在負(fù)載很小的情況下達(dá)到零電壓轉(zhuǎn)換。在傳統(tǒng)的相位調(diào)制轉(zhuǎn)換器中，將會(huì)顯著增加開(kāi)關(guān)電流有效值，因?yàn)樵谡麄€(gè)轉(zhuǎn)換間歇期間磁化電流都以其峰值在變換器中流動(dòng)。許多在相位調(diào)制轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，以達(dá)到使零電壓轉(zhuǎn)換器負(fù)載范圍下限下降至很輕的負(fù)載的目的，都會(huì)在傳導(dǎo)損耗上有了一定的增加。在參考文獻(xiàn)5中討論到了隨著磁化電流的增加，飽和電感的引用，并且參考文獻(xiàn)9中建議在變壓器副邊的控制中采用磁性放大器。除了提高軟開(kāi)關(guān)特性，這種新型的混合變換器的輸入、輸出濾波波形都是接近理想波形的。本論文是參考文獻(xiàn)10中提到的混合變換器的更為完善的陳述。如圖所見(jiàn)，它是一個(gè)由開(kāi)關(guān)、和變壓器組成混合相結(jié)合的半橋部分；以及一個(gè)由開(kāi)關(guān)、以及變壓器組成的全橋。每一部分的輸出都增加到副邊，經(jīng)過(guò)整流、濾波獲得穩(wěn)壓直流輸出。四個(gè)開(kāi)關(guān)都是在50%的占空比以及恒定的開(kāi)關(guān)頻率下工作的