基于PWM-PD控制多路输出ZVS DC/DC变换器的研究

摘要

在众多诸如通信或计算机系统中，负载通常需要多个等级的电压对其供电，并且希望各个电压均具有很好的电气性能，多路输出开关电源技术应运而生。对工作在某些特殊场合的多路输出电源，如何保证其各路输出电压不受输入及负载变化等影响且具有好的交叉调整率是一个值得关注的问题。本论文通过对比研究目前常用的一些多路输出技术，选取其中一种——脉宽调制-脉冲延迟（PWM-PD）控制技术进行了详细分析。提出了一种基于PWM-PD控制技术的多路输出ZVS DC-DC变换器。主电路选用两个非对称半桥拓扑并联，具有三路输出电压，三路输出均通过功率主开关管进行控制。利用脉宽之间的延迟大小作为一个独立控制变量使各路输出电压均得到精确调节。利用桥式拓扑自身的柔性切换，无需额外增加器件就能较好的实现主功率管的软开关。通过对拓扑的拓展，理论上可以获得任意多个不同大小输出电压。
　　 本文首先介绍了开关电源的多路输出技术发展现状，重点介绍了PWM-PD控制技术的基本原理、分类和实现，在此基础上具体提出本论文中研究的多路输出ZVS DC-DC变换器拓扑结构，分析其工作原理和存在的一些问题，对其进行主电路参数设计以及主要元器件的选择。然后，对电路拓扑进行小信号建模，根据系统开环传递函数的bode图进行补偿环路设计，接着给出了控制电路的具体实现方案。利用SIMetrix仿真软件对主电路及控制电路进行仿真。最后，制作实验样机，对样机的试验波形进行分析，总结了本次课题的工作内容，并提出了进一步研究的设想。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外多路输出技术研究现状

1.2.1 半控法(Semi-Regulated)多路输出调节技术

1.2.2 全控法(Full-Regulated)多路输出调节技术

1.3 课题方案的提出

1.4 本文的主要内容

第二章 PWM-PD 技术在多路输变换器中的应用

2.1 负载交叉调整率的定义

2.2 PWM-PD 控制技术的基本思想

2.3 PWM-PD 多路输出变换器的分类

2.4 PWM-PD 控制技术的新型应用

2.5 实现PWM-PD 控制技术的前提条件

2.6 本章小结

第三章 ZVS 多路输出 DC/DC 变换器工作原理分析

3.1 基本拓扑结构

3.2 工作开关模态及主要波形

3.2.1 开关模态一[t0～t1]

3.2.2 开关模态二[t1～t2]

3.2.3 开关模态三[t2～t3]

3.2.4 开关模态四[t3～t4]

3.2.5 开关模态五[t4～t5]

3.2.6 开关模态六[t5～t6]

3.2.7 开关模态七[t6～t7]

3.2.8 开关模态八[t7～t8]

3.2.9 开关模态九[t8～t9]

3.2.10 开关模态十[t9~t10]

3.2.11 开关模态十一[t10~t11]

3.3 变换器主开关管ZVS的实现

3.4 本章小节

第四章 主电路及参数设计

4.1 主功率变压器的设计

4.1.1 48V输出半桥变压器设计

4.1.2 5V输出半桥变压器设计

4.1.3 12V输出全桥变压器设计

4.2 主功率开关管的选择

4.3 谐振电感的确定

4.4 隔直电容的参数设定

4.5 输出滤波电感的设计

4.6 输出滤波电容的选择

4.7 输出整流管的选择

4.8 本章小结

第五章 变换器控制电路设计及硬件实现

5.1 变换器控制对象建模及补偿环路设计

5.1.1 第一路和第二路不对称半桥拓扑小信号建模及补偿环路设计

5.1.2 第三路ZVS移相全桥变换器小信号建模及补偿环路设计

5.2 控制电路的硬件实现

5.2.1 控制芯片的选取

5.2.2 UCC2895 芯片外围电路设计

5.2.3 同步信号的产生

5.2.4 PWM控制电路设计

5.2.5 驱动电路设计

5.3 本章小结

第六章 仿真及实验结果分析

6.1 仿真模型的建立

6.1.1 主电路仿真模型

6.1.2 控制电路仿真模型

6.1.3 功率电路仿真

6.2 实验结果分析

6.2.1 同步信号的实现

6.2.2 移相控制的实现

6.2.3 主开关管的软开关实现

6.2.4 稳态输出纹波

6.2.5 负载动态响应

6.2.5 负载交叉调整率

6.3 效率分析

6.4 本章小结

结论与展望

参考文献

附录

攻读学位期间发表的论文

致 谢