论文总字数：18622字

摘 要

众所周知，传统能源随着社会发展在逐步耗尽，而目前使用传统能源主要是不可再生的，因此新能源的发展利用就十分关键。这些新能源发电技术是我们有能力去解决环境污染、能源危机等问题的关键，近几年新能源技术慢慢得到了多方面的应用。但是新能源的利用中存在着输入电压变化范围较宽的问题，需要找到适合输入电压变化范围的高增益直流变换器来提高电压等级。传统的直流变换器不适合输入电压较宽、输出功率高的场合，电路中的元器件也不能同时承受输入电压由低变高过程中的大电流和大电压。

DC/DC变换器是一种能将输入直流电压转换为所要求的输出直流电压的装置。在需要大功率场合，首选全桥变换器。而移相全桥变换器的结构较简单，开关频率不变，这种电路拓扑是现阶段应用最多的软开关电路之一。因为与传统硬开关全桥电路相比，只需要加一个谐振电感，就可以使变压器一次侧的四个开关管零电压导通。故本文分析了移相全桥变换器的工作原理，并在此基础上将变匝比技术移植进去。

本文在移相全桥变换器的基础上，增加了变匝比电路，得到一种新型的变匝比移相全桥变换器。增大匝比有益于拓宽输入电压下限、软开关的范围，但不利于变换器电应力、有效占空比以及一次侧导通损耗。本文根据技术要求，对其进行了详细的设计，并与固定匝比移相全桥变换器进行比较，最后通过saber仿真软件的仿真，验证设计的正确性。

关键词：移相全桥 变匝比 宽范围 saber仿真

A Novel Phase-shifted Full-bridge Converter

Abstract

As we all know, traditional energy sources are gradually depleted with social development. At present, the use of traditional energy sources is mainly non-renewable. Therefore, the development and utilization of new energy sources are crucial. These new energy generation technologies are the key to our ability to solve environmental pollution, energy crisis and other issues. In recent years, new energy technologies have gradually been applied in many aspects. However, in the use of new energy, there is a wide range of input voltage variation, and it is necessary to find a high-gain DC converter suitable for the input voltage variation range to increase the voltage level. The traditional DC converter is not suitable for the occasion with wide input voltage and high output power. The components in the circuit cannot also withstand the large current and large voltage of the input voltage from low to high.

A DC/DC converter is a device that can convert a fixed DC voltage through a circuit to a variable DC voltage. For high power applications, full-bridge converters are preferred. The structure of the phase-shifted full-bridge converter is relatively simple, and the switching frequency is constant. This kind of circuit topology is one of the most widely used soft-switching circuits in the current stage. Because only one resonant inductor is needed compared to the traditional hard-switched full-bridge circuit, the zero voltage of the four switching tubes on the primary side of the transformer can be turned on. Therefore, this paper analyzes the working principle of the phase-shifted full-bridge converter, and transplants the variable-ratio technology on this basis.

Based on the phase-shifted full-bridge converter, this paper increases the turn-to-turn ratio circuit and obtains a new type of phase-shifted full-bridge converter. Increasing the turns ratio is beneficial to widen the lower limit of the input voltage and the range of soft switching, but it is not good for the converter's electrical stress, effective duty cycle, and primary-side conduction losses. According to the technical requirements, this article has carried on the detailed design to it, and compares with the fixed ratio phase-shifted full-bridge converter, finally through the simulation of saber simulation software, verifies the correctness of the design.

Keywords:Phase-shifted Full-bridge;Change ratio;Wide range;Saber simulation

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 DC/DC变换器概述 1

1.3 研究现状 2

1.4 本文主要内容 3

第二章 变匝比移相全桥变换器分析 5

2.1 变匝比技术概述 5

2.2 移相全桥直流变换器基本分析 7

2.2.1 全桥及移相全桥变换器概述 7

2.2.2 移相全桥变换器基本工作原理 8

2.3 变匝比移相全桥变换器的基本分析 14

第三章 变匝比移相全桥变换器的系统参数设计 17

3.1 变换器的技术要求 17

3.2 变匝比移相全桥变换器的主电路参数设计 17

3.3 变匝比移相全桥变换器的主电路控制原理设计 23

第四章 变匝比移相全桥变换器的saber仿真 25

4.1 概述 25

4.2 仿真电路 25

4.3 仿真结果 26

第五章 总结 30

5.1 本文总结 30

5.2 后续期望 30

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

众所周知，传统能源随着社会发展在逐步耗尽，而目前使用传统能源主要是不可再生的，因此新能源的发展利用就十分关键。新能源主要指风能、太阳能、生物质能、海洋能和地热能等各种新型可再生能源^[14]。利用其发电技术是我们有能力去解决环境污染、能源危机等问题的关键，近几年新能源技术慢慢得到了多方面的应用。但是新能源的利用中存在着输入电压变化范围较宽的问题，需要找到适合输入电压变化范围的高增益直流变换器来提高电压等级。传统的直流变换器不适合输入电压较宽、输出功率高的场合，电路中的元器件也不能同时承受输入电压由低变高过程中的大电流和大电压。

国内外许多学者都致力于研究如何改进或重新设计才能使变换器适应范围较宽的输入电压。本文在现有的变换器基础上提出了一种变匝比技术，将变匝比技术加入到不同的隔离型变换器上，可以在不同输入电压时改变对应的变压器匝比，能够有效实现扩宽输入电压范围。

1.2 DC/DC变换器概述

顾名思义，DC/DC变换器是一种能将输入直流电压转换为所要求的输出直流电压的装置。通常情况下，可以将DC/DC变换器分为非隔离型变换器（采用、、等电路）和隔离型变换器（采用反激、正激、半桥、全桥、推挽等电路）。隔离型变换器的拓扑比非隔离型的要复杂一些，但是这种复杂电路来完成电流变换的过程有许多优点：（a）在一些特定场合使用隔离型变换器可以实现多路输出；（b）输入与输出电压的比例可根据实际需要调节；（c）选取高频率交流环节可以有效降低变压器、滤波电容电感的大小和质量。各隔离型变换器有其优缺点和实用领域如图1-1。

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