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1、燕 山 大 学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称:基于实现软开关变换的CU电路设计 学院（系)： 电气工程学院 年级专业： 08级应电 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义随着电力电子技术的发展，特别是电子信息、网络、通讯的飞速发展，对其重要的配置设备直流电源性能的要求也越来越高，其中最重要的便是小体积和高效率。DCDC变换器的软开关技术正是顺应这股潮流得到了长足的发展。电力电子装置应用范围同益广泛,几乎涉及从发电储电、输电到用电的所有电能应用领域。电力电子装置的高频化是电力电子学一直追求的目标,这样可以减小装置的体积和重量，提高变流器的功率密度。但由于功率器件的非理想特性,功
2、率器件在电压不为零的情况下开通，在电流不为零的情况下关断，工作在硬开关状态（Harsitchng),器件的开关损耗很大,随着开关频率的提高，功率器件的开关损耗问题只益突出。在硬开关条件下，功率器件的开关频率越高,其开关损耗也越大，从而导致变流器的效率下降,发热量增大，温升提高,这反过来又阻碍了开关频率的提高。另外,随着器件开关频率的提高,电路中的电压和电流的变化率也增大,给电路带来了严重的电磁干扰影响周边电子设备的正常工作。为了克服PM变流器在硬开关状态下工作的诸多问题,软开关技术应运而生，它成为降低器件开关损耗,提高电路效率以及改善E（Electro-agneti ntrfernc）问题的一
3、个重要手段。Cuk 电路是 1977年由美国加州理工学院 lobodauk 根据 Boost电路和Buck 电路组合,进行变换后得到的。它由一个中间电容 C1传输功率，在开关管开通、关断期间，变换器能够持续传输功率。输入、输出端各有一电感 1、L2,假如能实现输入、输出电感的电流零纹波，便可以大大减小射频干扰(RFI)与电磁干扰(EI)。但由于开关管不是理想器件，在开通时开关管的电压不是立即下降到零,而是有一个下降时间，同时它的电流也不是立即上升到负载电流，也有一个上升时间。在这段时间里，电流和电压有一个交叠区,产生损耗,我们称之为开通损耗(Tun-nlSS)。当开关管关断时,开关管的电压不是
4、立即从零上升到电源电压,而是有一个上升时间,同时它的电流也不是立即下降到零,也有一个下降时间。在这段时间里,电流和电压也有一个交叠区,产生损耗,我们称之为关断损耗(Tur-floss)。因此在开关管开关工作时,要产生开通损耗和关断损耗，统称为开关损耗(Sitcngl SS)。在一定条件下，开关管在每个开关周期中的开关损耗是恒定的，变换器总的开关损耗与开关频率成正比,开关频率越高,总的开关损耗越大,变换器的效率就越低。开关损耗的存在限制了变换器开关频率的提山东大学硕士学位论文高,从而限制了变换器的小型化和轻量化。开关管工作在硬开关时还会产生高dudt和di/t,从而产生大的电磁干扰。图1.开关管
5、开关时的电压和电流波为了减小变换器的体积和重量,必须实现高频化。要提高开关频率，同时提高变换器的变换效率,就必须减小开关损耗。减小开关损耗的途径就是实现开关管的软开关(Sot swithg),因此软开关技术应运而生。二、研究的基本内容,拟解决的主要问题 本课题研究的基本内容，在CK电路的基础上,选用合适的软开关技术,实现功率开关器件的零电压开通或零电流关断，从而解决了硬开关工作方式带来的诸多问题，达到提高系统效率的目的。在单向DCDC变换器的软开关技术发展中，首当其冲的便是谐振类技术。其中谐振技术出现最早,它使变换器中的电压与电流按照谐振规律变化,解决了硬开关变换器中的开关过程中电压电流交叠的
6、问题，减小了开关损耗。谐振技术负载一般都要参加谐振，因此它的一个不足是对负载的变化比较敏感,负载适应性较差。准谐振技术和多谐振技术的出现进一步推进了谐振类技术的发展，它们的特点是谐振元件参与能量变换的一部分阶段，负载适应性也有所改观。大部分谐振类电路的控制为变频控制，这增加了闭环控制的复杂性,特别是使得滤波器的设计非常困难。针对这些不足,一些定频工作的谐振变换器应运而生。然而，谐振变换器还不可避免存在大的谐振电压电流应力，另外器件的寄生参数分散性对谐振工作的影响很大，多数仅适合于小功率场合。无源缓冲器技术是通过加入无源谐振网络，帮助变换器中的开关管实现软开关工作,此类技术的优势在于不用额外增加
7、有源开关的数目，有利于简化控制和降低成本。但往往无源元件较多,另外变换器中容易出现不利的谐振峰值。对应于无源缓冲器技术的便是有源缓冲器技术，虽然增加了辅助有源开关，但简化了无源网络，且能更好地控制谐振过程,使谐振元件只在主开关的开关过程前后短时工作,降低了谐振元件的损耗。零电压转换技术和零电流转换技术的出现是单向DC.DC变换器软开关的一次较大的进步。它的特点是变换器基本保持一般的PWM方式工作,只是额外引入辅助开关和辅助谐振网络，在主开关管开通或关断之前工作一小段时间，使得主开关管工作于软开关状态。零电压转换技术主要用于多子器件(例如MOSFET)，重点降低其开通损耗。零电流转换技术则主要用
8、于少子器件(例如GBT),重点降低其关断损耗。这两种技术的不足是往往实际上主开关的开关损耗部分转移到了辅助开关上，辅助管为硬开关或开关条件不理想。为此后来出现了一些改进线路,在一定程度上弥补了不足。因而目前本课题的主要问题是确定软开关方法的确定,继而确定控制电路。三、研究步骤、方法及措施 拿到课题后,首先确定了本设计的目的:设计基于软开关技术的CUK电路，在以往的学习中,已经大致了解了CUK电路的工作原理,通过课本的复习，详细地了解UK电路的工作原理。而关于软开关技术，只在电力电子器件以及电力电子技术书中有过简单的了解。明确了这些，第一周与第二周的工作就确定了,去图书馆查阅论文,以及借阅图书。
9、鉴于本课题的实用性，在网上我找到了很多论文,山东大学的李洪越在2010年的毕业设计中有过很深的研究，同此，南京航空航天大学的蔡鹏在毕业设计中也在这方面做过一定的研究，等等。从他们的论文中我看到了很多全新的资料,这对于我而言都是全新的知识，引起了我很大的学习兴趣。第三周与第四周主要是详细地阅读了所下载的资料与借阅的书籍。重点是掌握软开关技术的主要分类及各种分类的优缺点及工作原理,以便确定在CK电路中选择更为合适的软开关技术。此外，关于英文翻译部分，我翻译的文献是与本课题息息相关的。四、研究工作进度 第1-2周确定研究方向,查阅相关资料,借阅书籍。第3-4周主电路、软开关技术工作原理的学习与巩固,
10、大致确定控制方案。第周主电路以及使用的软开关技术的工作原理的分析以及参数的确定。第-8周对主电路进行atla开环仿真并对仿真结果进行分析。第9周对主电路的各种资料进行书面整理。第-12周确定控制电路参数，并对控制电路进行仿真。第3-1周进行闭环仿真及仿真结果分析。第16周进行所有工作的书面整理,准备迎接答辩。五、主要参考文献 .1阮新波,严仰光.直流开关电源的软开关技术M北京:科学出版社,2000年：87-1162 陈坚.电力电子学一电力电子变换和控制技术M北京:高等教育出版社，202.3李洪越基于DC拓扑的-C软开关变换器研究J.山东大学硕士学位论文.2010.蔡鹏基于简单拓扑的单相直接CC
11、变换器研究.南京航空航天大学硕士学位论文00.5姚刚.Bost型功率变流器有源软开关拓扑技术研究J浙江大学博士学位论文，20076王兆安,黄俊.电力电子技术北京:机械工业出版社,2007 张波.高频软开关技术及其应用J新技术新工艺,1999,：688王星云，王平，陈莲华软开关技术发展现状的研究J.装备制造技术，200,0：10.103.9王建明.具有功率因数校正和软开关的高频开关电源的设计J人连理工人学硕士学位论文，00710 张卫平开关变换器的建模与控制M北京：中国电力出版社,2011陈刚软开关双向DCDC变换器的研究,浙江大学博士学位论文,2001.12 王任辉，陈春根,丁海洋等一种改进的
12、Cuk软开关拓扑结构J微计算机信息,2006，22（10):8688.13 杜少武，陈中一种新颖的软开关双向DCDC变换器J电力电子技术,207，(7)：21.23.14 弭洪涛,张春香，陈雪梅等.基于GBT软开关的DC/D变换器应用研究J电气传动自动化,06，2(2）:4-.5 ChenLa Hn，HuannKnCianAysiso a sof sithng PWM active cm cuk covterC.IEEEPoer Ecirncspecalss Confeee，2007，8:l一87.16A,G.LE,C,JIANG，Y，LEE，F.,“ NovlZerovola-transti
13、oWM Coverte”J,EEE Trans. On ower Eer, V, o.2, 19,pp13-2191 Cig-Jn Tsen,hern-i Chen, “Novel ZVT PM uk Powe-actor Correcor” J, IEEE Tansatins on ndusial Electronis, ol.46，No.4， August 199, pp80-78718 treit R,oik DHi【gh fficiency telcom retfer usgvelsoswtcheboot-based inpu currntshaperre.ofNTEEC 991，10
14、-126 指导教师签字： 年 月 日七、系级教学单位审核意见：审查结果： 通过 完善后通过 未通过 负责人签字:年 月日附录2一、课题国内外现状现代电力电子装置愈来愈趋向于小型化和轻量化发展，必然要求开关频率不断提高。在软开关技术出现之前，电力电子装置中通过控制门极来控制开关管的开通和关断，在此过程中，开通电压或关断电流相当大，这种被称之为硬开关的工作方式，当开关频率很高时，会造成很大的开关损耗,而且开关过程中电流和电压的变化率很大，产生严重的电磁干扰，给电路造成严重的噪声污染，严重制约电力电子器件的发展。而软开关技术的出现很好地解决了这一系列问题。二、研究主要成果 自上世纪7年代以来,国内外电力电子和电源技术领域不断研制开发高频软开关技术，到目前为止,已提出了多种不同的软开关拓扑结构,实际应用也取得了一系列成功。软开关技术先后经历了串联或并联谐振技术（20世纪0年代）、准谐振或多谐振技术 (20世纪80年代中期)、ZS-M或ZVS-PM 技术（20世纪80年代末期)、移相全桥ZVS-PM 技术 （20世8年代末期)、Z
