畢業(yè)論文-新型高頻軟開關(guān)整流電路設(shè)計(jì)

HUNANUNIVERSITY畢業(yè)論文論文題目新型高頻軟開關(guān)整流電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化4班學(xué)院名稱電氣與信息工程學(xué)院指導(dǎo)老師學(xué)院院長2015年 5月16日

湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第Ⅰ頁新型高頻軟開關(guān)整流電路設(shè)計(jì)摘要隨著電力電子技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代，對(duì)電力電子裝置的要求愈加趨向于小型化，輕量化。而普通的硬開在高頻條件下有著較高的開關(guān)損耗，這制約了電力電子技術(shù)的發(fā)展。軟開關(guān)技術(shù)是一種新型的電力電子技術(shù)，它是實(shí)現(xiàn)電力電子器件高頻化的重要技術(shù)之一，其功能主要是降低開關(guān)損耗。本畢業(yè)設(shè)計(jì)將軟開關(guān)技術(shù)運(yùn)用在整流電路當(dāng)中，提出一種新型的單相高頻軟開關(guān)整流電路。所運(yùn)用到的軟開關(guān)，其類型，屬于零電流開啟型軟開關(guān)，又屬于零電壓關(guān)斷型軟開關(guān)。該軟開關(guān)的基本原理為，利用與開關(guān)并聯(lián)的電容降低開關(guān)關(guān)斷時(shí)電壓的上升速率，利用與開關(guān)串聯(lián)的電感降低開關(guān)閉合時(shí)電流的上升速率，以此減少電壓與電流的重合部分，進(jìn)而降低開關(guān)損耗。根據(jù)該原理，本畢業(yè)設(shè)計(jì)提出了一種新型的高頻軟開關(guān)整流電路。利用軟開關(guān)來降低整流電路的開關(guān)損耗。為了設(shè)定電路中元件的參數(shù)，研究中根據(jù)該電路的電路模型，進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，最后得出電路元件的參數(shù)設(shè)定式。為了驗(yàn)證進(jìn)一步軟開關(guān)降低開關(guān)損耗的功能，本畢業(yè)設(shè)計(jì)運(yùn)用軟件PSIM對(duì)電路進(jìn)行仿真，得到不同條件下的仿真結(jié)果。證明了該軟開關(guān)整流電路的實(shí)用性與參數(shù)設(shè)定式的合理性。此外，在研究過程中，還探究了電路中升壓比與占空比的關(guān)系，并定量地分析了軟開關(guān)的開關(guān)損耗。關(guān)鍵詞：軟開關(guān)；單相整流；參數(shù)設(shè)定；開關(guān)損耗湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第Ⅰ頁DesignofnewhighfrequencysoftswitchingrectifiercircuitAbstractWiththedevelopmentofpowerelectronictechnology,anewerahasbeendeveloped.Therequirementsforpowerelectronicsdevicesarebecomingmoreandmorecompactandlighter..Theordinaryharddriveinthehighfrequencyconditionshasahighswitchinglosses,whichrestrictsthedevelopmentofpowerelectronicstechnology.Softswitchingtechnologyisanewpowerelectronictechnology,whichisoneoftheimportanttechnologiesofpowerelectronicdevices,itsfunctionistoreducetheswitchinglosses.Thisgraduationdesignsoftswitchtechnologyusedintherectifiercircuit,anewsingle-phasehigh-frequencysoftswitchingrectifiercircuit.Thesoftswitchusedinitstypebelongstothezerocurrentopentypesoftswitchandbelongstozerovoltageswitchingsoftswitch..Thebasicprincipleofthesoftswitching,utilizationandcapacitiveshuntswitchtoreducetheswitchturnoffvoltagerisingrate,utilizationandaseriesinductorswitchreduceswitchisclosedatthecurrentrateofrise,inordertoreducetheoverlappedportionofvoltageandcurrentandreducetheswitchingloss.Accordingtothisprinciple,anewhighfrequencysoftswitchingrectifiercircuitisproposed.Theuseofsoftswitchtoreducetheswitchinglossoftherectifiercircuit.Inordertosettheparametersofthecomponentsinthecircuit,accordingtothecircuitmodelofthecircuit,themathematicalcalculationiscarriedout,andtheparametersofthecircuitelementsarefinallyobtained.Inordertoverifythefunctionofthesoftswitch,thesoftwarePSIMisusedtosimulatethecircuitandgetthesimulationresultsunderdifferentconditions..Therationalityofpracticabilityandparametersettingofthesoftswitchingrectifiercircuitisproved..Inaddition,therelationshipbetweentheboostratioandthedutycycleinthecircuitisalsoexplored,andtheswitchinglossofthesoftswitchisquantitativelyanalyzed.KeyWords：Softswitch;singlephaserectification;parametersetting;switchingloss湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第Ⅰ頁目錄第一章緒論………..………………..…………11.1課題背景及目的………………………11.1.1整流電路……….……………11.1.2軟開關(guān)技術(shù)……….…………21.1.3課題研究目的……….………41.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀………………………41.3課題研究方法及步驟…………………51.4論文構(gòu)成………………6第二章新型高頻軟開關(guān)整流電路原理………..………………72.1軟開關(guān)基本原理………………………72.2高頻軟開關(guān)脈沖發(fā)生器電路…………72.2.1電路構(gòu)成……….……………72.2.2電路原理……….……………72.3高頻軟開關(guān)整流器電路………………102.3.1電路構(gòu)成……….……………102.3.2電路原理……….……………102.4高頻軟開關(guān)功能驗(yàn)證仿真……………11第三章新型高頻軟開關(guān)整流電路參數(shù)設(shè)定………..…………133.1電路模型構(gòu)建…………133.2電路模型數(shù)學(xué)計(jì)算……………………133.3電路參數(shù)設(shè)定…………16湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第Ⅱ頁第四章新型高頻軟開關(guān)整流電路仿真分析……..………………..…………184.1高頻軟開關(guān)脈沖發(fā)生器電路仿真……………………184.1.1電路仿真圖…….……………184.1.2仿真參數(shù)設(shè)定…….…………194.1.3仿真結(jié)果驗(yàn)證………………….……………194.1.4仿真結(jié)果分析…….…………224.2高頻軟開關(guān)整流電路仿真……………254.2.1電路仿真圖…….……………254.2.2仿真參數(shù)設(shè)定…….…………264.2.3仿真結(jié)果驗(yàn)證………………….……………264.2.4仿真結(jié)果分析…….…………274.3開關(guān)損耗分析…………314.3.1硬開關(guān)開關(guān)損耗分析………….……………314.3.2軟開關(guān)開關(guān)損耗分析…….…33第五章結(jié)論與展望……..……………..………355.1主要結(jié)論………………355.2今后的研究趨勢與展望………………35致謝……………..36參考文獻(xiàn)………………………..37

湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第1頁第1章緒論1.1課題背景及目的1.1.1整流電路整流電路（Rectifier），是出現(xiàn)時(shí)期較早的一種電力電子電路，它的作用是將交流電變換為直流電。整流電路在多方面均有應(yīng)用，其電路結(jié)構(gòu)也分為許多種，每種電路結(jié)構(gòu)都各有其特色。整流電路的基本原理是利用電力電子器件的單向?qū)щ娦?，將正?fù)極變化的交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)的直流電壓。電力電子器件在交流電壓的作用下，周期性地導(dǎo)通和關(guān)斷，用這種方法，使負(fù)載得到脈動(dòng)的直流電。整流電路一般而言的主要構(gòu)成部分是：（1）整流電路主電路、（2）變壓器（3）濾波器等。整流電路在多個(gè)方面獲得了應(yīng)用，比如發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、再如直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速，以及電鍍、電解等領(lǐng)域，其功能十分廣泛。從20世紀(jì)70年代開始，硅整流二極管與晶閘管成為了整流電路主電路的主要構(gòu)成部分。并在主電路與負(fù)載之間接入了濾波器裝置，濾波器裝置的作用為過濾掉脈動(dòng)直流電壓之中的交流部分。變壓器的安裝與否要根據(jù)具體的情況來分析。變壓器的作用為：匹配輸入的交流電壓與輸出的直流電壓，并且使整流電路與電網(wǎng)之間產(chǎn)生電隔離。對(duì)于整流電路，其主要的分類為[1]（1）根據(jù)整流電路組成器件的不同，可分類為不可控整流、半控整流與全控整流電路。（2）按電路的結(jié)構(gòu)可分為橋式電路與零式電路。（3）按交流輸入的相數(shù)可分為單相整流與多相整流電路。（4）按變壓器的二次側(cè)電流方向，可分為單拍電路與雙拍電路。（5）按整流電路的控制方式的不同，可分為相控式整流電路與斬波式整流電路。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第2頁本畢業(yè)設(shè)計(jì)所采用的整流電路為單相橋式全控整流電路，為了更好地進(jìn)行研究，先從電源為直流的高頻軟開關(guān)脈沖發(fā)生器電路入手，再過渡到整流電路。使用的器件主要有電阻、電容、電感、IGBT、直流電源、單相交流電源。其中最主要的器件為IGBT。1.1.2軟開關(guān)技術(shù)隨著電力電子技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代，在新的階段，對(duì)電力電子裝置的要求逐漸提高。其中，要求電力電子裝置趨向向于小型化，輕量化，高頻化。而隨著電力電子器件頻率的提升，對(duì)應(yīng)的帶來了電磁干擾問題，開關(guān)應(yīng)力、開關(guān)損耗問題等。其中開關(guān)損耗問題尤為明顯[5]通開關(guān)（即硬開關(guān)）而言，在其開關(guān)的過程中，電壓與電流都不會(huì)一直保持0值，因此電壓與電流有一個(gè)重疊區(qū)，這個(gè)重疊區(qū)的面積就是開關(guān)損耗[5]。并且由于電壓與電流的改變速度很快，這樣的快速變化會(huì)導(dǎo)致沖擊，所以會(huì)存在開關(guān)噪聲。開關(guān)損耗與開關(guān)頻率之間存在正比例的線性關(guān)系。所以對(duì)于硬開關(guān)電路而言，當(dāng)其開關(guān)頻率不高時(shí)，開關(guān)損耗相對(duì)于總損耗，其所占的份量并不大。但是隨著開關(guān)頻率的提高，開關(guān)損耗所占的比例會(huì)越來越大，這制約了電力電子技術(shù)向高頻方向的發(fā)展并且對(duì)于硬開關(guān)，還存在以下問題：（1）感性關(guān)斷：當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時(shí)，對(duì)于電路中的感性元件（如電感），有時(shí)會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生出非常高的尖峰電壓，尖峰電壓導(dǎo)致電路被擊穿。對(duì)整個(gè)電路有所損害。（2）容性開通：在比較高的電壓下，當(dāng)開關(guān)由關(guān)斷變?yōu)殚_通時(shí)，原本在開關(guān)器件結(jié)電容中儲(chǔ)存著的能量，將會(huì)在該電力電子器件內(nèi)全部耗散，這樣會(huì)引發(fā)電路過熱，導(dǎo)致電路損壞。（3）二極管的反向恢復(fù)：二極管在由導(dǎo)通狀態(tài)變成截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)反向的恢復(fù)期，在該反向恢復(fù)期內(nèi)，二極管仍是處于導(dǎo)通的狀態(tài)，如果在此時(shí)將與它串聯(lián)著的開關(guān)器件立刻開通，會(huì)容易出現(xiàn)非常大的沖擊電流，損壞電路[11]。為了解決上述的這些問題，實(shí)現(xiàn)器件的高頻化，湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第3頁軟開關(guān)技術(shù)屬于一種新型技術(shù)，它為功率變換器件頻率的調(diào)高創(chuàng)造了條件,其主要目的在于降低開關(guān)損耗。軟開關(guān)的理想狀態(tài)是先令電流（或電壓）降為零，之后電壓（或電流）再上升，這樣一來元器件的開關(guān)損耗會(huì)大大降低。要實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)過程，一般需要運(yùn)用到諧振。一般的分類為零電壓開關(guān)(ZeroVoltageSwitch，簡稱ZVS)和零電流開關(guān)(ZeroCurrentSwitch零電壓開通，其原理為：在開關(guān)開通之前，使開關(guān)兩端的電壓降為0，這樣就能降低開關(guān)開通時(shí)的開關(guān)損耗與開關(guān)噪聲。零電流關(guān)斷的原理與零電壓開通相似：在開關(guān)關(guān)斷前，使流過開關(guān)的電流為零，這樣也能降低開關(guān)關(guān)斷時(shí)的開關(guān)損耗與開關(guān)噪聲。無論是零電壓開通軟開關(guān)電路，還是零電流關(guān)斷軟開關(guān)電路。其原理均是需要依靠電路中的諧振，如此才能實(shí)現(xiàn)。除了以上兩種情況，對(duì)于軟開關(guān)，還存在零電壓關(guān)斷與零電流開通這兩種原理。但是為了闡述的方便，在一般的情況下，不會(huì)再指出開關(guān)是開通還是關(guān)斷，統(tǒng)稱為零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)。隨著軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)軟開關(guān)發(fā)展歷程來分類，可分為（1）諧振軟開關(guān)電路（2）零開關(guān)PWM軟開關(guān)電路（3）零轉(zhuǎn)換PWM軟開關(guān)電路準(zhǔn)諧振電路中，無論是電壓還是電流，它們的波形均為正弦半波，其原理利用諧振，使電路的開關(guān)損耗與開關(guān)噪聲都大幅降低，但準(zhǔn)諧振電路也存在著一些缺點(diǎn)。（1）產(chǎn)生的電壓，峰值很高，因此對(duì)器件的耐壓等級(jí)有著較高的要求。（2）過程中產(chǎn)生的諧振電流，其有效值非常大，并且軟開關(guān)電路中有非常多的無功功率的交換，這樣就造成了非常大的導(dǎo)通損耗。（3）電路，輸入電壓的改變，以及負(fù)載大小的變化，會(huì)影響其諧振周期的長短，因?yàn)檫@個(gè)原因，所以電路的控制方法只能運(yùn)用脈沖頻率調(diào)制的方法。開關(guān)頻率是不斷改變的，這為電路的設(shè)計(jì)帶來了比較大的困難。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第4頁零開關(guān)PWM軟開關(guān)電路的原理如下：在電路中加入一個(gè)輔助開關(guān)，該輔助開關(guān)來是用來控制電路諧振的發(fā)生時(shí)刻，這使得電路的諧振只會(huì)發(fā)生于開關(guān)過程的之前或之后。與準(zhǔn)諧振電路電路相比，零開關(guān)PWM電路具有更多的優(yōu)點(diǎn)。首先零開關(guān)PWM電路的電壓波形與電流波形基本上均為方波，只是波形的上升與下降比較緩慢。其次開關(guān)所需要承受的電壓明顯降低。電路的控制方式為，用固定開關(guān)頻率的PWM方式進(jìn)行控制。零轉(zhuǎn)換PWM軟開關(guān)電路的原理如下：同樣利用一個(gè)輔助開關(guān)，用它來控制電路諧振發(fā)生的時(shí)間。與上一種電路有所區(qū)別的是，電路中諧振部分與主開關(guān)部分是并聯(lián)關(guān)系，所以當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化，或者負(fù)載電流大小發(fā)生變化時(shí)，電路諧振的過程所受到的影響非常小。該電路在輸入電壓范圍較大的情況下，并且在負(fù)載變化較大的情況下，均能良好地實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的功能，降低開關(guān)的開關(guān)損耗。并且這樣極大地降低了電路中無功功率的交換流動(dòng)。這樣做，使輸入電壓被充分利用，較大地提高了電路的效率。1.1.3課題研究目的本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的研究目的為：（1）找到一種較為簡單的方法，控制實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)過程。（2）將軟開關(guān)技術(shù)加入到整流電路當(dāng)中，使開關(guān)在高頻的條件下?lián)p耗降低。（3）找到該電路的參數(shù)設(shè)定規(guī)律，能在各種條件下對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。（4）運(yùn)用仿真軟件PSIM實(shí)現(xiàn)電路的仿真，并以此驗(yàn)證電路中軟開關(guān)的功能是否實(shí)現(xiàn)。（5）研究電路輸出電壓的規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路輸出電壓的控制，并測定開關(guān)損耗。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國內(nèi)，已將軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用在多種電路當(dāng)中，用來實(shí)現(xiàn)不同的功能。例如整流電路（AC—DC）、逆變電路（DC—AC）等，單相三相均有。例如在文獻(xiàn)[6]中，就闡述了在軟開關(guān)屬于ZVS軟開關(guān)的條件下，三角波和鋸齒波對(duì)逆變器中軟開關(guān)動(dòng)作的影響。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第5頁在文獻(xiàn)[7]中，利用同步整流加上電感上電流反向的策略，實(shí)現(xiàn)了一種適用于Buck、Boost等各類單開關(guān)的直流—直流拓?fù)湫偷能涢_關(guān)結(jié)構(gòu)。以上這些文獻(xiàn)均從不同的角度設(shè)計(jì)出了含軟開關(guān)技術(shù)的電路，并將軟開關(guān)的功能用于不同的方面。國內(nèi)對(duì)于軟開關(guān)的基本原理已經(jīng)有不少的了解，對(duì)于多種軟開關(guān)類型均有詳細(xì)的研究，并且加以了總結(jié)。比如文獻(xiàn)[5]與文獻(xiàn)[11]均對(duì)軟開關(guān)的發(fā)展與今后趨勢進(jìn)行了概括，并對(duì)軟開關(guān)的分類等進(jìn)行了描述。但是總體而言，國內(nèi)在電路結(jié)構(gòu)與控制方法上，往往設(shè)計(jì)得比較復(fù)雜，軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)過程也較為繁瑣，并不直觀。在國外，軟開關(guān)電路已經(jīng)設(shè)計(jì)得比較簡潔，對(duì)其原理的理解更為透徹，運(yùn)用地加靈活。例如文獻(xiàn)[20]與文獻(xiàn)[21]中均已設(shè)計(jì)出了較為簡單的軟開關(guān)電路。將軟開關(guān)技術(shù)用于單相與三相電路的整流與逆變之中。文獻(xiàn)中對(duì)軟開關(guān)的原理，以及其實(shí)現(xiàn)過程也描述地更為詳細(xì)移動(dòng)。但是無論是國內(nèi)還是國外，其軟開關(guān)大多采用反饋信號(hào)進(jìn)行控制，這樣控制起來比較麻煩，其中參數(shù)的計(jì)算方法也較為復(fù)雜。所以本畢業(yè)設(shè)計(jì)中嘗試使用固定信號(hào)直接進(jìn)行控制，不加反饋來實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)過程。1.3課題研究方法及步驟本畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中主要運(yùn)用的方法為：設(shè)計(jì)電路，通過仿真軟件PSIM驗(yàn)證電路的合理性，并進(jìn)一步研究電路的特性。具體步驟如下：（1）熟悉單相整流電路的整體結(jié)構(gòu)，做到能熟練運(yùn)用其中原理，繪制出一般的單相橋式全控整流電路。（2）了解并掌握軟開關(guān)過程的實(shí)現(xiàn)原理及軟開關(guān)本身的基本結(jié)構(gòu)。（3）將軟開關(guān)結(jié)構(gòu)運(yùn)用在直流脈沖發(fā)生器中，先以直流探究其過程，了解其中的規(guī)律。（4）將高頻軟開關(guān)升壓脈沖發(fā)生器在軟件PSIM上進(jìn)行仿真，驗(yàn)證軟開關(guān)過程是否具有可行性，并測量在不同參數(shù)下的輸出電壓、開關(guān)損耗等，了解其中規(guī)律。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第6頁（5）在高頻軟開關(guān)脈沖發(fā)生器電路的基礎(chǔ)上，將直流電源變?yōu)閱蜗嘟涣麟娫矗O(shè)計(jì)提出單相高頻軟開關(guān)整流電路。（6）將單相高頻軟開關(guān)整流電路在軟件PSIM上進(jìn)行仿真，與脈沖發(fā)生器的仿真結(jié)果相對(duì)照。進(jìn)一步了解軟開關(guān)過程的實(shí)現(xiàn)原理，找到輸出電壓的控制規(guī)律，并分別測出硬開關(guān)與軟開關(guān)條件下的不同開關(guān)損耗。（7）對(duì)電路設(shè)計(jì)過程及仿真結(jié)果等進(jìn)行歸納整理，得出結(jié)論。1.4論文構(gòu)成本畢業(yè)設(shè)計(jì)論文內(nèi)容主要由5章構(gòu)成：第1章緒論，主要內(nèi)容為整流及軟開關(guān)背景的介紹，并對(duì)課題研究目的、研究方法等做了基本介紹。第2章主要介紹新型高頻軟開關(guān)整流電路的原理，描述了電路結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)闡述了其中軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)過程。第3章為電路的參數(shù)設(shè)定，先構(gòu)建電路的數(shù)學(xué)模型，再對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，找到電路參數(shù)的設(shè)定規(guī)律，并列出電路參數(shù)的設(shè)定式。第4章為電路仿真，以參數(shù)設(shè)定式為基礎(chǔ)，分別對(duì)軟開關(guān)脈沖發(fā)生器及軟開關(guān)整流電路進(jìn)行仿真，驗(yàn)證其中軟開關(guān)過程是否實(shí)現(xiàn)，并找到輸出電壓的規(guī)律。第5章為總結(jié)，對(duì)前面四章的內(nèi)容進(jìn)行歸納與整理，總結(jié)該高頻軟開關(guān)電路所存在的優(yōu)缺點(diǎn)，最后得出結(jié)論。

湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第7頁第2章新型高頻軟開關(guān)整流電路原理2.1軟開關(guān)基本原理軟開關(guān)（Soft-Switching），其結(jié)構(gòu)是相對(duì)于硬開關(guān)（Hard-Switching）而言。軟開關(guān)過程主要是利用電容與電感，降低開關(guān)損耗，以此使功率變換器件的高頻化成為可能。本畢業(yè)設(shè)計(jì)所用到的軟開關(guān)，既屬于零電流開通類型的軟開關(guān)，也屬于零電壓關(guān)斷類型的軟開關(guān)。基本原理是將電感與開關(guān)串聯(lián)來降低導(dǎo)通后電流上升的速率，將電容與開關(guān)并聯(lián)來降低關(guān)斷后電壓上升的速率，如此來實(shí)現(xiàn)降低開關(guān)損耗的功能。其電路的詳細(xì)原理見2.2.2。2.2高頻軟開關(guān)脈沖發(fā)生器電路2.2.1電路構(gòu)成1122圖2-1軟開關(guān)升壓脈沖發(fā)生器電路圖軟開關(guān)升壓脈沖發(fā)生器電路如圖2-1所示。電路由直流電壓源、電容、電感、IGBT二極管以及負(fù)載構(gòu)成，IGBT1與IGBT2的控制信號(hào)為相同的高頻信號(hào)。2.2.2電路原理軟開關(guān)升壓脈沖發(fā)生器電路，其基本原理為：通過電容與電感，使開關(guān)（即IGBT）在輸入電流為0時(shí)開啟，在輸出電壓為0時(shí)關(guān)斷。并利用電容對(duì)電壓上升的阻礙作用，以及電感對(duì)電流上升的阻礙作用。使開關(guān)在開啟時(shí)電流上升變得緩慢，在關(guān)閉時(shí)電壓上升變得緩慢。這樣便降低了開關(guān)損耗，同時(shí)將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樯龎好}沖。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第8頁具體過程如下：模式（a）模式（b）模式（c）模式（d）圖2-2電流路徑圖如圖2-2所示，根據(jù)電流路徑的不同將電路狀態(tài)分為4個(gè)模式。模式（a）與模式（b）中IGBT斷開，模式（c）與模式（d）中IGBT導(dǎo)通。模式（a）中，電容受電壓源充電，電容電壓因此上升。隨著電容電壓的升高，輸入電流迅速降低，直到降為0，轉(zhuǎn)為模式（b）。模式（b）中，輸入電流為0。此時(shí)負(fù)載由電容來供電，電容電壓開始下降。模式（c）中，兩個(gè)IGBT導(dǎo)通。由于電感對(duì)電流的阻礙作用，輸入電流上升緩慢，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。此時(shí)電感被電源充能，同時(shí)也被電容充能，因此電容電壓（也就是輸出電壓）會(huì)繼續(xù)下降，直到降為0，轉(zhuǎn)入模式（d）。模式（d）中，電容電壓（即輸出電壓）為0，輸入電流進(jìn)一步提高。電流分為兩個(gè)路徑，不流過電容。當(dāng)IGBT斷開時(shí)，由于電容對(duì)電壓上升的阻礙作用，輸出電壓上升緩慢，如此實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第9頁其理論波形圖如圖2-3所示：dbcaIGBT電壓輸出電壓IGBT電流輸入電流dbcaIGBT電壓輸出電壓IGBT電流輸入電流門限信號(hào)門限信號(hào) 圖2-3理論波形示意圖圖2-3為電路的理論輸出波形示意圖，其中輸出電壓為負(fù)載電壓，并且電容電壓與負(fù)載電壓相同。由圖可以看出IGBT的電壓波形被包裹在輸出電壓波形之內(nèi)。由于電容作用，IGBT電壓下降的速度比輸出電壓快，并且先降到零值。輸入電流即為電感上流過的電流，由圖可以看出，IGBT的電流波形被包裹在輸入電流波形之內(nèi)。在電感的作用下，IGBT電流下降的速度同樣比輸出電壓快，并且先降到零值。通過門限信號(hào)波形與其他波形對(duì)比可知，該軟開關(guān)確實(shí)屬于零電流開啟與零電壓關(guān)斷類型的軟開關(guān)。是關(guān)于電路實(shí)際上是否能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)降低開關(guān)損耗，怎樣實(shí)現(xiàn)，還需通過具體仿真來進(jìn)行驗(yàn)證。需將理論波形圖與與仿真得到的波形圖相比照，驗(yàn)證該電路的功能是否能實(shí)現(xiàn)。并且需要在各種不同的參數(shù)條件下，進(jìn)行多次仿真，由此來探究電路中各參數(shù)之間的具體聯(lián)系。詳細(xì)的仿真過程會(huì)在論文的第四章介紹。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第10頁2.3高頻軟開關(guān)整流器電路2.3.1電路構(gòu)成11234 圖2-4單相高頻軟開關(guān)整流電路圖軟開關(guān)升壓脈沖發(fā)生器電路如圖2-1所示。電路由單相交流電壓源、電容、電感、4個(gè)IGBT以及負(fù)載構(gòu)成。其中IGBT2與IGBT3在電源波形的正半周期給相同的高頻控制信號(hào)，IGBT1與IGBT4在電源波形的負(fù)半周期給相同的高頻控制信號(hào)。2.3.2電路原理對(duì)于單相交流電源，在在開關(guān)信號(hào)為高頻的條件下，在同一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的電壓，可視作恒定值。因此整流器軟開關(guān)過程的實(shí)現(xiàn)原理與脈沖發(fā)生器一樣，同樣是利用與開關(guān)串聯(lián)的電感來降低開通后電流上升的速率，利用與開關(guān)并聯(lián)的電容降低關(guān)斷后電壓上升的速率，以此來實(shí)現(xiàn)降低開關(guān)損耗的功能。軟開關(guān)的類型同樣為零電流開啟型與零電壓關(guān)斷型。單相高頻軟開關(guān)整流電路，其中軟開關(guān)過程的實(shí)現(xiàn)原理，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)可分為4個(gè)模式。在交流電源電壓為正值時(shí)，只有IGBT2與IGBT3真正起控制作用，IGBT1與IGBT4中此時(shí)只有反向串聯(lián)的二極管起作用，可直接視為二極管。因此正半周期內(nèi)軟開關(guān)過程的4個(gè)模式與2.2.2中完全相同，可參照圖2-2電流路徑圖，如下所示：湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第11頁模式（a）中，電容受電壓源充電，電容電壓因此上升。隨著電容電壓的升高，輸入電流迅速降低，直到降為0，轉(zhuǎn)為模式（b）。模式（b）中，輸入電流為0。此時(shí)負(fù)載由電容來供電，電容電壓開始下降。模式（c）中，兩個(gè)IGBT導(dǎo)通。由于電感對(duì)電流的阻礙作用，輸入電流上升緩慢，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。此時(shí)電感被電源充能，同時(shí)也被電容充能，因此電容電壓（也就是輸出電壓）會(huì)繼續(xù)下降，直到降為0，轉(zhuǎn)入模式（d）。模式（d）中，電容電壓（即輸出電壓）為0，輸入電流進(jìn)一步提高。電流分為兩個(gè)路徑，不流過電容。當(dāng)IGBT斷開時(shí)，由于電容對(duì)電壓上升的阻礙作用，輸出電壓上升緩慢，如此實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。在交流電源電壓為負(fù)值時(shí)，只有IGBT1與IGBT4真正起控制作用，IGBT2與IGBT3中此時(shí)只有反向串聯(lián)的二極管起作用，可直接視為二極管。因此載交流電源的負(fù)半周期內(nèi)，其軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)過程中的4個(gè)模式與正半周期內(nèi)類似，唯一區(qū)別在于電壓與電流的方向與前4個(gè)模式相反。2.4高頻軟開關(guān)功能驗(yàn)證仿真為了探究在實(shí)際中，該電路軟開關(guān)的功能是否能實(shí)現(xiàn)，對(duì)電路進(jìn)行初步的仿真驗(yàn)證。設(shè)高頻軟開關(guān)脈沖發(fā)生器電路中直流電源電壓為100v，電阻為10Ω。并設(shè)IGBT的開關(guān)頻率為1000HZ，占空比設(shè)為0.5。由于不知道軟開關(guān)過程的實(shí)現(xiàn)條件，只能先應(yīng)用窮舉法設(shè)定參數(shù)進(jìn)行仿真。分別取電容的值為：5μF，10μF，20μF，30μF，40μF，50μF，100μF。并分別取電感值為：0.1mH，0.2mH，0.3mH，0.4mH，0.5mH1mH。將這些參數(shù)依次輸入進(jìn)行仿真，記錄其輸出波形的結(jié)果。與圖2-3中的理論波形相比較，發(fā)現(xiàn)只有C=50μF，L=0.5mH這組參數(shù)下的仿真輸出波形與理論波形接近，仿真輸出波形圖如下所示：湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第12頁圖2-4仿真驗(yàn)證波形示意圖用圖2-4仿真波形示意圖與圖2-3理論波形示意圖相對(duì)比可知，提出的電路在合適的參數(shù)下，確實(shí)發(fā)生了軟開關(guān)過程，實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)降低開關(guān)損耗的功能。由此驗(yàn)證了電路結(jié)構(gòu)的合理性，證明該電路確實(shí)能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的功能。2.5本章小結(jié)本章主要對(duì)軟開關(guān)電路的原理進(jìn)行了闡釋，詳細(xì)描述了軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)過程。并通過初步的仿真驗(yàn)證了軟開關(guān)降低開關(guān)損耗的功能。但對(duì)于電路中軟開關(guān)過程的實(shí)現(xiàn)條件，與電路的參數(shù)設(shè)定方法，還未進(jìn)行探究。因此，需要構(gòu)建電路模型，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法尋找規(guī)律，找出電路各參數(shù)之間可能存在的關(guān)系。最后得出電路的參數(shù)設(shè)定公式。

湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第13頁第3章新型高頻軟開關(guān)整流電路參數(shù)設(shè)定在第2章中已經(jīng)提出了一種高頻軟開關(guān)整流電路，并通過初步的仿真驗(yàn)證了該電路確實(shí)能實(shí)現(xiàn)降低開關(guān)損耗的功能。但是對(duì)于電路中軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)條件，以及電路中各參數(shù)的設(shè)定方法這兩部分，尚不了解。因此需要構(gòu)建電路模型，對(duì)電路模型進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，以此來探究軟開關(guān)過程的實(shí)現(xiàn)條件與參數(shù)設(shè)定規(guī)律。3.1電路模型構(gòu)建對(duì)圖2-1所示電路進(jìn)行簡化，模式（a）與模式（b）電路模型如圖3-1所示，模式（c）與模式（d）電路模型如圖3-2所示：圖3-1圖3-23.2電路模型數(shù)學(xué)計(jì)算為了確定電路參數(shù)，需對(duì)電路模型用數(shù)學(xué)方法加以計(jì)算。在這里取模式（a）（即圖3-1）進(jìn)行計(jì)算。取電源電壓us=10ε(t)，電阻R=1Ω，電容C=1F,電感L=1H，求電容兩端的電壓u設(shè)電感電流為iL，電容電流為iC，電阻電流為根據(jù)KCL定律有：i湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第14頁由電感的轉(zhuǎn)移特性，有：u由電容的轉(zhuǎn)移特性，有：i根據(jù)歐姆定律，有:i可以得到：u根據(jù)KVL定律，有：u于是：LC當(dāng)uS=10ε(t)時(shí)，由于是非齊次微分方程，其解包含兩部分uC'和uu齊次微分方程為：LC相應(yīng)特征方程為：LC因此求得特征根為：p湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第15頁由于p的值是共軛虛根，所以電路模型為欠阻尼狀態(tài)，于是：u因?yàn)閡S=10ui于是：i則有：d因此將uC=u-于是有：θA=所以得：

u湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第16頁3.3電路參數(shù)設(shè)定由3.2中計(jì)算可知：u其中：設(shè)IGBT的開關(guān)頻率為f，并設(shè)開關(guān)周期為T，占空比為D。由2.2.2中原理可知，要實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)過程，需要達(dá)到以下條件：（1）需要利用電路的振蕩，因此1個(gè)周期后e-p1T不宜過小，不宜小于（2）開關(guān)周期應(yīng)盡可能與振蕩周期保持一致，設(shè)uC中正弦量的角頻率為ω，可得ω=2πf=p2（3）振蕩幅度A不宜過大，A=uSsin（4）占空比需取合適的值。根據(jù)上述條件設(shè)定電路參數(shù)：根據(jù)條件（1），取e-p1T=根據(jù)條件（2），取ω=2πf=p2。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第17頁由式（3-1）得：根據(jù)式（3-2）得：θ滿足條件（3）因此，可取式（3-2）為高頻軟開關(guān)脈沖發(fā)生器電路的參數(shù)設(shè)定式。該式的推導(dǎo)思路為：算出電路模型中電容電壓的響應(yīng)值，求出兩個(gè)特征根。再將特征根的求取公式與軟開關(guān)過程的實(shí)現(xiàn)條件結(jié)合起來。最后得到電路參數(shù)的設(shè)定公式。對(duì)于高頻軟開關(guān)整流電路，由于同一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的電壓為恒定值，并且由上述推導(dǎo)過程得知電路參數(shù)的設(shè)定與電源電壓無關(guān)。所以式（3-2）也可作為高頻軟開關(guān)整流電路的參數(shù)設(shè)定式。3.4本章小結(jié)本章通過對(duì)高頻軟開關(guān)電路數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，結(jié)合軟開關(guān)過程的實(shí)現(xiàn)條件，得到了電路中各參數(shù)的設(shè)定公式。該式描述了在軟開關(guān)過程得以實(shí)現(xiàn)時(shí)，電路中電阻、電容、電感以及開關(guān)頻率之間的關(guān)系。為了驗(yàn)證公式的準(zhǔn)確性，還需要進(jìn)行多次仿真，每組仿真輸入不同的參數(shù)，通過仿真結(jié)果的比較與整理，得出結(jié)論。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第18頁第4章新型高頻軟開關(guān)整流電路仿真分析在第3章中已經(jīng)得到了軟開關(guān)電路的參數(shù)設(shè)定式，但該式是否合理可靠，還需通過進(jìn)一步的多次仿真來驗(yàn)證，仿真過程如下所示。4.1高頻軟開關(guān)脈沖發(fā)生器電路仿真4.1.1電路仿真圖在psim軟件中，根據(jù)圖2-1所示電路圖進(jìn)行繪制。如下圖所示：圖4-1軟開關(guān)脈沖發(fā)生器電路仿真圖如圖可知電路由直流電壓源，電阻、電容、電感、2個(gè)二極管，2個(gè)帶反向并聯(lián)二極管的IGBT所構(gòu)成。其中g(shù)為方波電壓源，經(jīng)轉(zhuǎn)換后作為門限信號(hào)控制IGBT的關(guān)斷與閉合。電路中各元件的參數(shù)均取理想狀態(tài)，兩個(gè)電壓表Vr、Vg分別用于測量輸出電壓與IGBT的電壓值，電流表I1用于測量輸入電流的值。因?yàn)榉抡孳浖梢灾苯訙y出IGBT的電流值，所以不需要再加入直流電源電壓值取100v，仿真時(shí)間取0—0.01S。分別將開關(guān)頻率與電阻取不同的值，根據(jù)參數(shù)設(shè)定式求出對(duì)應(yīng)的電容、電感參數(shù)等，輸入到軟件中進(jìn)行仿真。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第19頁4.1.2仿真參數(shù)設(shè)定取直流電源電壓值為100v。由于電阻R取值為10Ω，開關(guān)頻率分別為為500HZ，1000HZ，2000HZ，4000HZ。根據(jù)式（3-2），可得在不同的開關(guān)頻率下，電容C的取值，電感L的取值分別如下：500HZ：C=100μF,L=0.98818mHR=10Ω1000HZ：C=50μF,L=0.49409mHR=10Ω2000HZ：C=25μF,L=0.24705mHR=10Ω4000HZ：C=12.5μF,L=0.12352mHR=10Ω改變電阻R的值為50Ω，頻率設(shè)為1000HZ，得以下參數(shù)：1000HZ：C=10μF,L=2.47045mHR=50ΩIGBT門限信號(hào)的占空比（DutyCyde）取0.4。4.1.3仿真結(jié)果驗(yàn)證占空比取為為0.4，在開關(guān)頻率分別為500HZ,1000HZ,2000HZ,4000HZ的情況下，按照4.1.2中的對(duì)應(yīng)參數(shù)，設(shè)定電容、電感、電阻的值。依次進(jìn)行仿真。每次仿真均需測量輸出電壓、IGBT1電壓，輸入電流、IGBT1電流，以及門限信號(hào)。仿真時(shí)間取0—0.01S。將每組仿真的仿真結(jié)果與理論波形圖進(jìn)行比較，驗(yàn)證參數(shù)設(shè)定式是否合理。仿真波形圖如下列所示：湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第20頁圖4-2R=10Ω，f=500HZ波形圖圖4-3R=10Ω，f=1000HZ波形圖圖4-4R=10Ω，f=2000HZ波形圖湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第21頁圖4-5R=10Ω，f=4000HZ波形圖圖4-6R=50Ω，f=1000HZ波形圖根據(jù)以上仿真結(jié)果及軟開關(guān)過程實(shí)現(xiàn)原理，把仿真波形圖與理論波形圖相比照?？芍诓煌念l率，不同的電阻條件下，電路均實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)過程。由此可證明，式（3-2）中的參數(shù)計(jì)算，在不同的開關(guān)頻率、電阻條件下下，電路均能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)過程。證明了軟開關(guān)電路的參數(shù)設(shè)定式具有合理性與可靠性?？梢赃\(yùn)用于實(shí)踐中來實(shí)現(xiàn)降低開關(guān)損耗的功能。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第22頁4.1.4仿真結(jié)果分析通過多次仿真，對(duì)仿真得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納整理。得知若要實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)過程，占空比需在一個(gè)合適的范圍內(nèi)取值。對(duì)于高頻軟開關(guān)脈沖發(fā)生器，該范圍為0.2—0.7。占空比小于0.2時(shí)，輸出電壓無法降為0值，占空比大于0.7時(shí)，輸入電流無法降為0值，不能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)過程。并得知在運(yùn)用式（3-2）進(jìn)行參數(shù)設(shè)定時(shí)，升壓比與占空比存在一定的關(guān)系。輸入電壓統(tǒng)一取100v直流。用各組參數(shù)進(jìn)行仿真，結(jié)果如下列表格所示：表4-1R=10Ω，f=500HZ，Ud占空比0.350.40.45升壓比1.5701.7541.9632.1972.4572.749占空比0.50.550.60.650.7升壓比3.0793.4563.9174.4125.054表4-2R=10Ω，f=1000HZ，Ud占空比0.350.40.45升壓比1.5681.7521.9602.1942.4542.745占空比0.50.550.60.650.7升壓比3.0743.4523.8884.4095.044表4-3R=10Ω，f=2000HZ，Ud占空比0.350.40.45升壓比1.5581.7431.9442.1772.4312.720占空比0.50.550.60.650.7升壓比3.0363.4213.8334.3424.933湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第23頁表4-4R=10Ω，f=4000HZ，Ud占空比0.350.40.45升壓比1.5211.6941.8952.1262.3292.599占空比0.50.550.60.650.7升壓比2.9173.3053.6084.0534.612表4-5R=50Ω，f=1000HZ，Ud占空比0.350.40.45升壓比1.5681.7521.9602.1942.4552.745占空比0.50.550.60.650.7升壓比3.0743.4523.8884.4095.044將輸入電壓提升至1000v直流，取參數(shù)為f=1000HZ，R=10Ω進(jìn)行仿真，其升壓比與占空比的關(guān)系如下表所示：表4-6R=10Ω，f=1000HZ，Ud占空比0.350.40.45升壓比1.5681.7521.9602.1942.4542.745占空比0.50.550.60.650.7升壓比3.0743.4523.8884.4095.044對(duì)以上表格中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并歸納總結(jié)，得出電路中的規(guī)律。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第24頁取表4-2中數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到升壓比與占空比的關(guān)系曲線圖如下：圖4-7脈沖發(fā)生器升壓比—占空比關(guān)系曲線圖通過上列表格中的數(shù)據(jù)，可知對(duì)于高頻軟開關(guān)脈沖發(fā)生器，運(yùn)用式（3-2）進(jìn)行電路參數(shù)設(shè)定，在其他條件不變的情況下，有以下規(guī)律：（1）升壓比隨著占空比的增大而增大。（2）隨著頻率的升高，升壓比略微下降。（3）電源電壓與電阻的取值對(duì)升壓比幾乎無影響。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第25頁4.2高頻軟開關(guān)整流電路仿真4.2.1電路仿真圖在psim軟件中，根據(jù)圖2-4所示電路進(jìn)行電路繪制。如下圖所示：圖4-8軟開關(guān)整流電路仿真圖如圖可知電路由交流電壓源，電阻負(fù)載、電容、電感、4個(gè)帶反并聯(lián)二極管的IGBT所構(gòu)成。其中g(shù)1為方波電壓源，經(jīng)轉(zhuǎn)換后作為門限信號(hào)在交流電源的正半周期同時(shí)控制IGBT2與IGBT3。同理，g2在交流電源的負(fù)半周期同時(shí)控制IGBT1與IGBT4。同4.1.1，電路中各元件的參數(shù)均取理想狀態(tài)，兩個(gè)電壓表Vr、Vg分別用于測量輸出電壓與IGBT電壓，電流表I1用于測量輸入電流的值。因?yàn)榉抡孳浖梢灾苯訙y出IGBT的電流值，所以不需要再加入電流表。交流電源電壓值取220v，因?yàn)榻涣麟娫吹念l率為50HZ，一個(gè)周期為0.02S，所以仿真時(shí)間取0—0.02S。同樣將開關(guān)頻率與電阻取不同的值，根據(jù)參數(shù)設(shè)定式求出對(duì)應(yīng)的電容、電感參數(shù)。輸入到仿真圖中，得到仿真結(jié)果。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第26頁4.2.2仿真參數(shù)設(shè)定取單相交流電源電壓為220v。與4.1.2類似，根據(jù)式（3-2），同樣可得各組參數(shù)如下：500HZ：C=100μF,L=0.98818mHR=10Ω1000HZ：C=50μF,L=0.49409mHR=10Ω2000HZ：C=25μF,L=0.24705mHR=10Ω4000HZ：C=12.5μF,L=0.12352mHR=10Ω1000HZ：C=10μF,L=2.47045mHR=50ΩIGBT門限信號(hào)的占空比（DutyCyde）同樣取0.4。4.2.3仿真結(jié)果驗(yàn)證取占空比為0.4，在開關(guān)頻率分別為500HZ,1000HZ,2000HZ,4000HZ的情況下，按照4.2.2中的對(duì)應(yīng)參數(shù)，設(shè)定電容、電感、電阻的值。依次進(jìn)行仿真。每次仿真，均需測量輸出電壓、IGBT2電壓，輸入電流、IGBT2電流，以及門限信號(hào)。仿真時(shí)間取0—0.02S。對(duì)于高頻軟開關(guān)單相整流電路，其軟開關(guān)過程的仿真驗(yàn)證方法與軟開關(guān)脈沖發(fā)生器類似，并且其在不同參數(shù)下的波形規(guī)律也與4.1.3中的各波形圖類似，因此這里只列出f=1000HZ，R=10Ω下的波形圖，其他波形圖與f=1000HZ，R=10Ω的情況下的波形圖具有相同的規(guī)律，因此省略。仿真波形圖如下所示：湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第27頁圖4-9R=10Ω，f=1000HZ波形圖根據(jù)以上仿真波形圖及2.2.2中軟開關(guān)過程實(shí)現(xiàn)原理，并把仿真波形圖與理論波形圖相比照，可知對(duì)于單相整流電路，運(yùn)用式（3-2）同樣實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)過程。由此證明軟開關(guān)脈沖整流發(fā)生器的參數(shù)設(shè)定公式，對(duì)于單相高頻軟開關(guān)整流電路來說，同樣適用。4.2.4仿真結(jié)果分析通過多次仿真，對(duì)其結(jié)果進(jìn)行歸納整理。得知對(duì)于單相高頻軟開關(guān)整流電路，若要實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)過程，占空比的范圍為0.15—0.65。占空比小于0.15時(shí)，輸出電壓無法降為0值，占空比大于0.65時(shí)，輸入電流無法降為0值，不能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)過程。與4.1.3中類似，軟開關(guān)整流電路的升壓比與占空比同樣存在一定關(guān)系。輸入電壓統(tǒng)一取220v交流，用各組參數(shù)進(jìn)行仿真，記錄仿真結(jié)果，如下列表格所示：湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第28頁表4-7R=10Ω，f=500HZ，US=22占空比50.30.350.4升壓比1.2991.3751.4641.5611.6591.750占空比0.450.50.550.60.65升壓比1.8301.8971.9441.9651.947表4-8R=10Ω，f=1000HZ，US=22占空比50.30.350.4升壓比1.2731.3491.4401.5411.6441.741占空比0.450.50.550.60.65升壓比1.8281.9001.9491.9671.942表4-9R=10Ω，f=2000HZ，US=22占空比50.30.350.4升壓比1.2651.3381.4341.5361.6421.738占空比0.450.50.550.60.65升壓比1.8291.9001.9541.9721.953表4-10R=10Ω，f=4000HZ，US=22占空比50.30.350.4升壓比1.2631.3291.4211.5291.6431.724占空比0.450.50.550.60.65升壓比1.8141.8961.9631.9631.950湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第29頁表4-11R=50Ω，f=1000HZ，US=22占空比50.30.350.4升壓比1.2731.3491.4401.5411.6441.741占空比0.450.50.550.60.65升壓比1.8281.9001.9491.9671.942將輸入電壓提升至2200v交流，取參數(shù)同樣為f=1000HZ，R=10Ω進(jìn)行仿真，其升壓比與占空比的關(guān)系如下表所示：表4-12R=10Ω，f=1000HZ，US=2200占空比50.30.350.4升壓比1.2731.3491.4401.5411.6441.741占空比0.450.50.550.60.65升壓比1.8281.9001.9491.9671.942用以上表格中的各條數(shù)據(jù)，與4.1.4中表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比照，可發(fā)現(xiàn)兩者所顯示的規(guī)律有所區(qū)別。4.1.4中占空比的取值范圍為0.2—0.7，而整流電路中占空比的范圍為0.15—0.65。4.1.4中升壓比是隨著占空比的增大而一直增大。而對(duì)于單相高頻軟開關(guān)整流電路，在占空比處于0.6左右時(shí)，升壓比會(huì)隨著占空比的增大而減小。并且升壓比隨著頻率的升高而下降這一規(guī)律也不成立。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第30頁取表4-8中數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到升壓比與占空比的關(guān)系曲線圖如下：圖4-10單相整流電路升壓比—占空比關(guān)系曲線圖通過上列表格中的數(shù)據(jù)，可知對(duì)于單相高頻軟開關(guān)整流電路，運(yùn)用式（3-2）進(jìn)行電路參數(shù)設(shè)定，在其他條件不變的情況下，有以下規(guī)律：（1）隨著占空比的逐漸增大，升壓比先增大，然后減小。（2）頻率的變化對(duì)升壓比有一定的影響，但無嚴(yán)格的正反比關(guān)系。（3）電源電壓與電阻的取值對(duì)升壓比幾乎無影響。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第31頁4.3開關(guān)損耗分析4.3.1硬開關(guān)開關(guān)損耗分析將一個(gè)直流源串聯(lián)一個(gè)IGBT與一個(gè)電阻構(gòu)成硬開關(guān)電路。電阻取10Ω，開關(guān)頻率取1000HZ，占空比為0.4。由表4-2中數(shù)據(jù)可知此參數(shù)下軟開關(guān)脈沖發(fā)生器的升壓比為2.454，因此直流電源的電壓值