学校代码：10213国际图书分类号：621.3 密级：公开工学硕士学位论文5kW 移相全桥ZVS DC/DC 变换器的研究硕士研究生：刘鑫导师：马洪飞教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2011 年 6 月授予学位单位：哈尔滨工业大学r the Master Degree in EngineeringRESEARCH ON 5kW PHASE-SHIFT FULL BRIDGEZVS DC/DC CONVERTERCandidate：Liu XinSupervisor：Prof.Ma HongfeiAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpeciality：Power Electronics and ElectricDriversAffiliation：School of Electrical Engineering andAutomationDate of Defence：June, 2011Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学硕士学位论文- I -摘要DC/DC 变换器是电力电子领域重要组成部分，在能源紧张的今天，提高DC/DC变换器的效率及功率密度，具有重要的意义。
功率器件的发展和软开关技术的提出使变换器高效高功率密度成为可能。
移相全桥ZVS DC/DC 变换器是一种能够实现软开关和大功率能量变换的变换器。
本文围绕移相全桥ZVS DC/DC 变换器的特点，分析了其工作原理、占空比丢失、变压器副边整流二极管振荡、滞后臂软开关实现条件等关键问题，并设计和制作了一款5kW 的原理样机。
第一章介绍了DC/DC 变换器的背景及发展方向，其中包括器件、软开关技术和目前DC/DC 变换器研究的热点。
同时还介绍了全桥变换器常见的控制策略，以及移相全桥变换器常见的问题和国内外学者提出的改进方法。
第二章针对课题内容，分析了移相全桥变换器的工作原理，对各个模态进行了详细的分析，并就移相全桥变换器的几个关键问题进行了详细分析：占空比丢失、ZVS 的实现、损耗分析和整流二极管振荡问题。
第三章针对技术指标，设计了一款5kW 的样机，其中包括各器件的选型和相关参数的计算，损耗计算。
这些参数计算主要有：全桥开关管电压电流应力的计算与选型、变压器的设计、整流二极管的选择、输出LC滤波电路的设计、隔直电容的选择、谐振电感电容的选择和死区时间的计算、箝位电路的设计。
并根据计算结果使用Saber 软件进行了开环仿真，验证了设计参数的正确性。
第四章主要介绍了变换器控制系统分析与设计，其中有控制芯片UCC2895 的功能介绍，外围元件的选择与保护与采样电路的设计，移相全桥ZVSDC/DC 变换器的小信号模型和利用MATLAB 软件进行反馈回路的补偿设计。
第五章给出了实验结果和分析，验证了设计的正确性。
关键词移相全桥；软开关；UCC2895；小信号模型硕士学位论文5kW 移相全桥ZVS DC/DC 变换器的研究RESEARCH ON 5kW PHASE-SHIFT FULL BRIDGEZVS DC/DC CONVERTER刘鑫哈尔滨工业大学2011 年6 月哈尔滨工业大学硕士学位论文- II -AbstractDC/DC converter is a main part of power electronic converter. As the energyproblem increasingly concerned in modern society, improving the efficient and powerdensity have the significant advantages. The developing of power device and inventionof soft-switching technique make the high efficient and high power density of DC/DC converter possible.The zero-voltage-switching (ZVS) phase-shift full bridge DC/DC converter is anadvanced DC/DC converter with soft-switching technology which can achieve highpower converting. Based on the characteristics of the converter, this paper analyses thebasic operation theory and some typical problems like secondary duty ratio loss and the parasitic oscillation of output rectifier diodes as well as the difficulty for lagging legsachieve ZVS. The simulation and experiments are also given.Firstly, this paper introduces the background and development of the converter,including power device and soft-switching technology and the hot points inresearching DC/DC converter as well as some typical problems and someimprovements. Secondly, this paper analyses the basic operation theory and sometypical problems like secondary duty ratio loss and the parasitic oscillation of outputrectifier diodes and power losses as well as the difficulty for lagging legs achieve ZVS.Thirdly, this paper calculates the main parameters including the selection of bridgeMOSFET and the design of transformer as well as the output filter and so on. The lastof the third part uses the software SABER to simulate the main circuit to verify thecorrection of the calculations. Fourthly, this paper introduces the control system of the converter including the UCC2895 chip, sampling circuit, protection circuit, and thesmall signal model of the converter, as well as the compensation of the feedbackloops.Eventually, the paper explains the experimental result and analyzes the result indetail.Keywords phase shift full bridge, soft-switching, UCC2895, small signal model哈尔滨工业大学硕士学位论文- III -目录摘要 (I)Abstract (II)第1 章绪论 (1)1.1 DC/DC 变换器背景及发展方向 (1)1.1.1 电力电子器件是主要推动力 (1)1.1.2 软开关技术概述 (1)1.1.3 DC/DC 变换器的发展趋势 (4)1.2 全桥ZVS PWM 变换器的概述 (5)1.2.1 全桥变换器的控制策略 (5)1.2.2 移相全桥ZVS PWM 变换器常见的问题和拓扑改进 (6)1.3 本文研究方向及主要内容 (8)1.3.1 本文研究方向 (8)1.3.2 本文主要内容 (9)第2 章移相全桥ZVS DC/DC 变换器拓扑的研究 (10)2.1 移相开关ZVS DC/DC 变换器基本的拓扑分析 (10)2.2 移相全桥ZVS DC/DC 变换器中关键问题的研究 (14)2.2.1 占空比丢失问题 (14)2.2.2 超前臂和滞后臂ZVS 的实现 (15)2.2.3 损耗分析 (16)2.2.4 整流二极管寄生振荡 (17)2.3 本章小结 (21)第3 章5kW 移相全桥ZVS DC/DC 变换器的设计 (22)3.1 5kW 移相全桥ZVS DC/DC 变换器的技术指标 (22)3.2 变换器的各器件选型及相关参数计算 (22)3.2.1 全桥开关管的选择 (22)3.2.2 主变压器的设计 (22)3.2.3 整流二极管的选择 (25)3.2.4 输出LC 滤波电路的设计 (25)3.2.5 隔直电容的选择 (26)3.2.6 谐振电感电容的选择和死区时间的计算............................... 27哈尔滨工业大学硕士学位论文- IV -3.2.7 箝位电路的设计 (28)3.3 损耗计算 (29)3.3.1 MOSFET 的相关损耗计算 (29)3.3.2 副边整流二极管的通态损耗计算 (30)3.3.3 箝位电路的损耗计算 (31)3.4 开环仿真 (31)3.5 本章小结 (35)第4 章基于UCC2895 的控制系统的设计 (36)4.1 控制器UCC2895 介绍及外围元件的选择 (36)4.1.1 UCC2895 芯片的介绍 (36)4.1.2 UCC2895 外围元件的选择 (38)4.1.3 采样和保护电路的设计 (39)4.2 补偿系统的设计 (41)4.2.1 移相全桥ZVS DC/DC 变换器的小信号模型 (41)4.2.2 反馈补偿网络的设计 (46)4.3 本章小结 (49)第5 章实验结果及分析 (50)5.1 测试设备说明 (50)5.2 测试波形及其分析 (51)5.2.1 驱动波形及其分析 (51)5.2.2 主电路测试波形及分析 (52)5.3 变换器结构设计 (54)5.4 本章小结 (56)结论 (57)参考文献 (58)攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (61)哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 (62)致谢...........................................................................................63哈尔滨工业大学硕士学位论文- 1 -第1 章绪论1.1 DC/DC 变换器背景及发展方向目前世界上绝大部分的电力在使用前都要经过电力电子设备的处理，以满足不同的电压等级和使用环境[1]。