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高频开关电源以其小型化、轻量化等优点在通信、电力、交通和国防等领域得到日益广泛的应用。三电平DC-DC变换器由于显著降低了开关管的电压应力,而广泛应用于高压、大功率或低压大电流的场合;软开关技术的引入解决了变换器高频化带来的开关损耗大,效率低的问题。本文的研究对象就是零电压开关三电平变换器。 为了克服基本的零电压全桥三电平变换器存在轻载下滞后臂实现零电压开关困难,变压器副边整流侧及整流二极管两端存在电压尖峰和振荡,严重的占空比丢失的问题,本文提出了一种具有无源缓冲网络的零电压全桥三电平变换器拓扑。该拓扑在变压器的原边加入了由辅助谐振电感、谐振电容及二极管组成的辅助网络,为滞后臂实现零电压提供能量,拓宽了变换器实现ZVS的负载范围;变压器副边加入了由电容和二极管组成的缓冲网络,有效地抑制了变压器副边整流侧及整流二极管两端的电压尖峰和振荡,减小了占空比丢失。 在详细分析了变换器的工作模态、辅助网络及实现零电压开关的条件后,对主电路、辅助电路和基于DSPTMS320F2812的控制电路进行了设计,并对改进拓扑进行了PSpice仿真,与基本拓扑的仿真比较验证了改进拓扑的可行性。 DC-DC变换器的混沌现象已成为当前的热门研究课题。为探索三电平变换器中的混沌现象,本文首先建立变换器的精确离散模型,采用分岔图和相平面图对由变换器在控制器比例调节系数及输出滤波电容变化时的引起的混沌现象进行了分析,得出了变换器的稳定工作区间,这为变换器的优化设计提供了理论依据。 为验证变换器的性能,制作了一台24V/8A,80kHz的实验样机。实验结果表明具有无源缓冲网络的ZVS全桥三电平变换器能够拓宽滞后臂实现零电压的范围,并且整流侧及二极管两端的电压尖峰得到了有效地缓冲,大大减少了占空比丢失现象,变换器各项性能指标良好,符合预期设计要求。