基于UC1715有源箝位正激变换器的设计与实现

摘要

迈入二十一世纪以来，以航空航天为代表的高端新技术产业迅速成长，同时对开关电源技术提出新的挑战。为满足各高新技术产业对开关电源小体积、大功率、高效率、高可靠性等要求，开关电源越来越趋向于高频化。其中核心元器件（电感、变压器、电容等）的体积与重量是与工作频率成反比的，也就是开关频率越高，开关电源的体积与重量越小，因而开关电源高频化可以带来开关电源的高功率密度与小型化。但是半导体开关器件（MOS管、整流二极管）的开关损耗又与工作频率成正比，工作频率越高，半导体开关器件的开关损耗越大，变换器整体效率也就越低。为解决这一矛盾问题人们提出了软开关技术。
　　本文的研究对象为有源箝位正激变换器，该设计中采用了一种新颖的软开关技术，该技术并没有带来电路的复杂化，只需在原电路基础上增加一支可饱和电感，即可实现主功率开关管零电压导通，解决一般正激变换器中磁芯利用率不高、开关耗损大、工作频率不能进一步提高、整机效率低、电磁干扰大等问题。
　　本文对有源箝位正激变换器工作原理进行详细分析，将其一个工作周期分为8个阶段，并在此基础上总结出主开关管实现ZVS(Zero-voltage-switching)的两种方式及其所需满足的必要条件。其中一种在不通过增加励磁电流的情况下，仅需在原电路上增加一支可饱和电感，即可实现功率开关管ZVS。本设计采用该方法来完成一台原理样机的制作，对变换器主体电路参数进行了详细设计，主要包括主变压器、箝位电容、主辅开关管、输出滤波电感、输出整流二极管、输出滤波电容、控制电路、驱动电路、启动供电电路的设计。利用SABER仿真软件，对主体电路参数设计进行了仿真。仿真结果验证了有源箝位ZVS正激变换器参数设计的合理性与准确性。在理论分析和电路仿真的基础上，采用互补型MOS驱动器UC1715,调试安装了一台工作电压范围为25V～45V、输出额定电压为5V、输出额定电流为10A、开关工作频率为400KHZ的有源箝位ZVS正激变换器工程样机，测试结果表明了设计的合理性，各项指标均满足设计要求。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文主要研究内容

第二章 有源箝位正激变换器工作原理分析

2.1 正激变换器复位方式

2.2 有源箝位正激变换器工作过程

2.3 本章小结

第三章 有源箝位正激变换器ZVS模式

3.1 有源箝位正激变换器实现ZVS的两种方式

3.2 实现零电压软开关所需工作条件

3.3 有源箝位正激变换器开关管电压应力分析

3.4 本章小结

第四章 开关电源系统设计

4.1 设计指标

4.2 系统主电路设计

4.3 控制电路设计

4.4 控制芯片供电电路设计

4.5 驱动电路设计

4.6 基于信号完整性的PCB板设计

4.7 本章小结

第五章 仿真分析

5.1 SABER软件简介

5.2 有源箝位正激变换器硬开关仿真分析

5.3 减小励磁电感实现软开关仿真分析

5.4 应用可饱和电感实现软开关仿真分析

5.5 本章小结

第六章 原理样机的制作及试验结果分析

6.1 原理样机的制作

6.2 试验结果

6.3 本章小结

第七章 结论

参考文献

致谢