【摘 要】
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随着无线通信技术和电力电子系统的快速发展,小型高性能功率变换设备的需求不断增加,为了减小功率变换器尺寸、增大功率密度,高频化成为了功率器件发展的必然趋势。然而,随着工作频率的不断升高,器件的功率损耗大大增加,功率传输效率受到了极大的影响。为解决高频功率器件损耗大这一问题,E类软开关功率变换器凭借其理论上100%的效率成为了近些年的研究热点。为了进一步提升E类功率变换器在实际电路中的性能,各种新型E
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随着无线通信技术和电力电子系统的快速发展,小型高性能功率变换设备的需求不断增加,为了减小功率变换器尺寸、增大功率密度,高频化成为了功率器件发展的必然趋势。然而,随着工作频率的不断升高,器件的功率损耗大大增加,功率传输效率受到了极大的影响。为解决高频功率器件损耗大这一问题,E类软开关功率变换器凭借其理论上100%的效率成为了近些年的研究热点。为了进一步提升E类功率变换器在实际电路中的性能,各种新型E类衍生电路应运而生,拓宽了E类电路的应用场景。针对EM类软开关谐振逆变器存在的高峰值开关电压问题以及E类倍频器存在的工作模式单一问题,本文对这两种E类衍生电路的拓扑结构和工作模式展开了深入的研究。本文的主要研究内容与创新点如下:1、提出了一种新型的EM/F3类软开关谐振逆变器拓扑结构。首先分析了EM类谐振逆变器的工作原理以及存在的高峰值开关电压问题,针对该问题在结合E/Fn类谐振逆变器设计理念的基础上,创新性地为EM类逆变器负载网络增加了三次滤波回路,减少了流经主电路并联电容电流的高次谐波分量,实现了主电路与辅助电路峰值开关电压的大幅降低。本文推导出了次优工作状态下EM/F3类软开关谐振逆变器的设计方程,详细地分析了不同关断电流斜率因数下电路性能的变化趋势,并利用该方法设计了一款工作频率为1MHz的EM/F3类软开关谐振逆变器,实验测试结果表明本文设计的新型混合类逆变器的输出功率为15.138W,效率达到了96.4%,主电路和辅助电路峰值开关电压相较于传统EM类逆变器分别降低了29.3%和15.6%,且主电路实现了零电压、零电压导数导通以及零电流关断,辅助电路实现了零电压导通。2、提出了次优工作状态下任意占空比E类倍频器的设计方法。通过去除传统E类倍频器最优工作状态和1/（2n）固定占空比的设计约束条件,增大了E类倍频器的设计自由度,详细地分析了不同占空比下次优E类倍频器电路性能的变化趋势,并推导出了详细的电路设计方程。基于该方法,在给定峰值开关电压和峰值开关电流的前提下,设计了一款输出频率为2MHz,峰值开关电压为71.3V,峰值开关电流为1.63A,输出功率为5.7245W,效率为98.6%的E类二倍频器,扩展了E类倍频器的工作模式,提升了设计的灵活度。
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