【正文】 邊等效為純電導(dǎo)，輸出電流與負(fù)載無關(guān)，等效于輸出電流為副邊短路電流的恒流源。實(shí)際工作時(shí)，副邊補(bǔ)償電路不一定處于完全諧振狀態(tài)，但是可以改善變換器的輸出特性。 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器電路特性分析 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器的作用及優(yōu)點(diǎn) 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器由全橋高 頻逆變、可分離變壓器、全橋整流三部 20 分組成。通過原邊繞組與副邊繞組的感應(yīng)電磁耦合將電能經(jīng)過整流濾波和功率調(diào)節(jié)后提供給用電設(shè)備。 產(chǎn)生高頻電壓（電流）通?？梢圆捎脙煞N方法： SPWM 技術(shù)和諧振變換技術(shù)。為了得到正弦度比較高的正弦波，假設(shè)開關(guān)頻率為正弦波頻率 10 倍，為了得到一個(gè) 30kHz~100kHz 的正弦波，開關(guān)頻率至少為 300kHz，如果要得到的正弦度更高的正弦波，開關(guān)頻率還要更高，使器件的開關(guān)損耗增加。 諧振變換技術(shù)相比于 SPWM 變換技術(shù)，根據(jù)負(fù)載和開關(guān)頻率的不同，可以實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷或零電壓開通，頻率遠(yuǎn)小于 SPWM 所需的頻率，開關(guān)損耗小，電壓（電流）接近正弦 [22]。 綜上所述，可以采用全橋諧振式逆變器的拓?fù)?，可以有效利用漏感，使漏感能量參與諧振，而且可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)，減小了開關(guān)損耗，提高效率。帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器如圖 所示， 1S 4S 是開關(guān)管（ IGBT）， PC 是諧振電容（同時(shí)也是變換器的原邊串聯(lián)補(bǔ)償電容）， PL 、 SL 分別是可分離變壓器的原邊電感和副邊電感， M 是可分離變壓器的互感， 1D 4D 是整流二極管， fC 是濾波電容， 0R 是阻性負(fù)載，變換器副邊未加補(bǔ)償電容。 21 V i nC pR 0D 2 D 4C fS 1S 2 S 4S 3V 0L sL pI l pD 1 D 3I L sMV a c 圖 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器 為了簡(jiǎn)化分析，根據(jù)正弦等效原理，將變換器副邊整流濾波電路等效為交流電阻 LR ， 028LRR??帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器副邊反映到原邊的阻抗為電容性阻抗。 因此，變換器副邊反映到原邊的阻抗 rZ 可以表示為電阻 eR 和電容 eC 的串聯(lián)。 由式（ ）、式（ ）可知， 反映電阻 eR 和反映電容 eC 的大小是由可分離變壓器的副邊電感 sL 、互感 M，負(fù)載 0R 和變換器的工作角頻率 ω決定的。 22 V i nC pR eS 1S 2 S 4S 3I l pV a cL pC e 圖 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器的等效電路 在圖 中，將諧振電容 pC 和反映電容 eC 等效為電容 0C ，可得 ? ?? ?2 224 2 2s L ppeope s p s LL R CCCCCC M L C L R??????????? ?????? （ ） 因此，圖 可以等效為圖 。 將式（ ）代入式（ ）可以得到串聯(lián)諧振角頻率 0? 的表達(dá)式： V i nC oR eS 1S 2 S 4S 3I l pV a cL p 圖 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器的等效電路 II ? ? ? ?2 2 4 2 2 2 200 0p s p s p p p L s LL L C M L C L C R L R??? ? ? ? ? （ ） 將式（ ）代入式（ ）可得 23 ? ? ? ?2 2 4 2 2 2 20210p s p p p L s LK L L C L C R L R??? ? ? ? ? （ ） 由式（ ）可以得到變換器的串聯(lián)諧振角頻率 0? 的唯一表達(dá)式 ? ? ? ?? ?2 2 4 2 2 2 2 2 40 222421s p p L s p s p L p p Lp s pL L C R L K L L C R L C RK L L C?? ? ? ? ??? ? ?? ?2 2 42 4 2 2 2 22 2 2228 8 82421s p p o s p s p o p p op s pL L C R L K L L C R L C RK L L C? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? （ ） 則，變換器的串聯(lián)諧振頻率 f0 可表示為 ? ?? ?2 2 42 4 2 2 2 22 2 20 228 8 82412 21s p p o s p s p o p p op s pL L C R L K L L C R L C Rf K L L C? ? ???? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? （ ） 因此，諧振頻率 0f 是由可分離變壓器的原邊電感 pL 、 副 邊電感 sL 、耦合系數(shù) K，諧振電容 pC 和負(fù)載 oR 決定的。 移相控制帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器的分析 移相控制帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)如圖 所示。 24 2S3S4SacV LpI?1S 圖 移相控制主要波形圖 橋臂電壓 acV? 的基波有效值為 022 s in 9 0 2a c inVV ?? ???????? （ ） 由式（ ）可 知，控制移相角 ? 的大小可以控制橋臂電壓的大小。為了防止變換器的橋臂直通，必須加入死區(qū)時(shí)間，變換器主要波形圖如圖 所示。 V i nC oR eS 1S 2 S 4S 3I l pV a cL pC 4C 2C 1 C 3 圖 加緩沖電容的全橋串聯(lián)諧振變換器的等效電路 開關(guān)模態(tài) 1[ 0t ， 1t ]（如圖 （ a）所示）： 0t 時(shí)刻，開關(guān)管 1S 兩端電壓下降到零，電流 LpI流過開關(guān) 管 1S 的反并二極管和開關(guān)管 3S ，此時(shí)，可以零電壓開通開關(guān)管 1S 。 開關(guān)模態(tài) 2[ 1t ， 2t ]（如圖 （ b）所示）： 1t 時(shí)刻，關(guān)斷 開關(guān)管 3S ， LpI 給開關(guān)管 3S 的緩沖電容 3C 充電，同時(shí)給開關(guān)管 4S 的緩沖電容 4C 放電，在 3C 和 4C 的緩沖作用下， 3S 近似零電壓關(guān)斷。此時(shí)可以零電壓開通開關(guān)管 4S 。 開關(guān)模態(tài) 4[ 3t ， 4t ]（如圖 （ d）所示）： 3t 時(shí)刻，關(guān)斷開關(guān)管 1S ， LpI 給開關(guān)管 1S 的緩沖電容 1C 充電，同時(shí)給開關(guān)管 2S 的緩沖電容 C2 放電，在 1C 和 2C 的緩沖作用下， 1S 近似零電壓關(guān)斷。 1S2S4SacV LpI0t 1t 3t 5t 6t 8t2t 4t 7t3S 圖 考慮死區(qū)的移相控制主要波形圖 26 V i n C o R e S 1 S 2 S 4 S 3 V a c L p C 4 C 2 C 1 C 3 inI LpI V i n C o R e S 1 S 2 S 4 S 3 V a c L p C 4 C 2 C 1 C 3 L p I inI （ a） （ b） V i nC oR eS 1S 2 S 4S 3V a cL pC 4C 2C 1 C 3LpIV i nC oR eS 1S 2 S 4S 3V a cL pC 4C 2C 1 C 3LpI （ c） （ d） V i nC oR eS 1S 2 S 4S 3V a cL pC 4C 2C 1 C 3 LpIV i nC oR eS 1S 2 S 4S 3V a cL pC 4C 2C 1 C 3 LpI （ e） （ f） 27 V i nC oR eS 1S 2 S 4S 3V a cL pC 4C 2C 1 C 3 LpIV i nC oR eS 1S 2 S 4S 3V a cL pC 4C 2C 1 C 3 LpI （ g） （ h） 圖 移相控制全橋串聯(lián)諧振變換器的開關(guān)模態(tài)圖 通過以上分析可知，開關(guān)頻率高于諧振頻率的移相控制全橋串聯(lián)諧振變換器可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)，減小開關(guān)損耗和電磁干擾。 為了實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通 (如 1S 管 )，當(dāng)開關(guān)管 1S 處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)， LpI 必須滿足221423p Lp s inL I C V? ，因此， LpI 要盡量大使得 1C 放完電，二極管 1D 續(xù)流導(dǎo)通，同時(shí) 1C 要選取較小值。 當(dāng)緩沖電容過大時(shí)，諧振電流不能完全抽走緩沖電容的電荷，無法實(shí)現(xiàn)開關(guān)管 的零電壓開通；當(dāng)緩沖電容過小時(shí)，開關(guān)管的軟關(guān)斷效果變差，關(guān)斷損耗將增加。 MOS 管的損耗分為開通損耗、導(dǎo)通損耗、關(guān)斷損耗，通過實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通來減小開通損耗，導(dǎo)通損耗無法避免，與所選 MOS 管有關(guān)，關(guān)斷損耗在保證能實(shí)現(xiàn)零電壓開通的前提下，使緩沖電容盡量大。 采用移相控制方式的全橋串聯(lián)諧振變換器電路仿真 對(duì)圖 中所示的帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器進(jìn)行電路仿真。圖 中從下往上依次是開關(guān)管 1S 、 4S 的驅(qū)動(dòng)電壓波形 ? ?1gsVS、 ? ?4gsVS、橋臂電壓波形 acV 、變換器的原、副邊繞組電流 LpI 、 LsI 。 圖 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變化器的 saber仿真圖 圖 中與開關(guān)管串聯(lián)的電阻是考慮到開關(guān)管具有導(dǎo)通壓降 。 觀察圖 （ b）中 ? ?Ugs 、 ? ?Uds 的波形可以看出，開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電壓開通。 31 第五章 總結(jié)與展望 本文主要工作總結(jié) ? 介紹了研究背景，回顧了非接觸感應(yīng)電能傳輸技術(shù)的研究現(xiàn)狀，討論了非接觸感應(yīng)電能傳輸技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 ? 在闡述可分離變壓器特點(diǎn)和分類的基礎(chǔ)上，對(duì)改進(jìn)型非接觸變壓器的磁路模型進(jìn)行了分析，并給出了非接觸變壓器的優(yōu)化方案。分析了變換 器的基本電路特性，對(duì)移相控制的變換器進(jìn)行了仿真，同時(shí)分析了移相角的改變對(duì)變換器相關(guān)特性的影響。 ? 可以做一些相關(guān)的實(shí)驗(yàn)工作：對(duì)全橋串聯(lián)諧振變換器構(gòu)成的非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)設(shè)計(jì)的可分離變壓器的參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。 ? 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器也可在雙極性控制方式下工作，并可進(jìn)行相關(guān)仿真 。導(dǎo) 師淵博的理論知識(shí)、豐富的工程經(jīng)驗(yàn)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)和平易近人的 性格 給我留下了深刻的 印象。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，張 老師總是在我學(xué)習(xí)遇到 困難 的時(shí)候，出現(xiàn)在我的面前，及時(shí)的給予指導(dǎo)， 不斷對(duì)我得到的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，并提 出新的問題，使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì) 內(nèi)容 能夠深入地進(jìn)行下去，也使我接觸到了許多理論和實(shí)際上的新問題， 使 我做了許多有益的思考。 謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給所有關(guān)心、支持和幫助我的朋友、老師和同學(xué)們！ 最后，向百忙之中審閱此文的專家、 教授們致以深深的感謝！