BUCK馈电交错并联推挽式谐振变换器研究

摘要

高效率电源是开关电源的发展趋势,谐振软开关是提高开关电源效率的常用设计手段。为了研制一台3KW高效(满载95％以上)通信电源,论文采用谐振软开关变换器来实现功能。传统的谐振变换器一般均采用频率调制方式,从而使变换器应用受到一些限制,如允许输入的电压范围宽度较窄,软开关实现受负载大小影响等。 本论文采用新型谐振推挽变换技术,结合恒定脉宽调制方式,克服了传统谐振软开关的缺点。为了满足性能要求,电路采用Buck电流馈电的两级电路,前级Buck和后级谐振推挽电路,从而减小开关管应力,简化控制,降低成本。后级推挽采用交错并联,提高传送功率和变换器效率。 本文首先介绍了谐振变换器背景与种类、基本推挽电路及各种谐振推挽电路的工作原理及基本关系。重点分析了传统电压馈电、Buck电压馈电以及Buck电流馈电各种电路的基本原理和优缺点。同时介绍了同步整流概念和基本原理,并对新型的谐振推挽电路进行了原理分析,讨论了软开关实现条件的选择、两级电路及交错并联推挽。 然后,论文在比较两种不同Buck拓扑基础上,采用simetrix仿真软件对电路进行仿真,重点仿真分析了电路的软开关特性。通过比较,说明电路软开关的实现条件。 其次,本文对电路参数进行了设计,重点是磁性元件的设计。在介绍了控制和驱动芯片基础上,提出了整个电路的控制思路。对控制电路参数进行了设计,并利用试验验证了控制电路的可行性。 最后,本论文为了验证所提出的电路拓扑的优越性进行了试验研究,试制了Buck馈电交错并联推挽谐振变换器电源装置。通过对所采集试验波形的分析,说明了新拓扑的可行性。利用试验所得的效率参数绘制了效率曲线,且对电路进行了简要的损耗分析。并通过分析相应bode图特性,进行负载突变实验,验证了变换器良好的动态响应性能。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1谐振变换器

1.1.1谐振变换器的分类

1.1.2各种谐振变换器比较

1.1.3基本并联谐振回路

1.2推挽式谐振变换器

1.2.1推挽式硬开关变换器

1.2.2推挽式ZVCS谐振变换器

1.2.3推挽式ZVS谐振变换器

1.3电压馈电与电流馈电拓扑

1.3.1简介与定义

1.3.2电压馈电拓扑缺点

1.3.3 Buck电压馈电拓扑

1.3.4 Buck电流馈电拓扑

1.4同步整流技术

1.4.1 MOSFET的双向导电原理

1.4.2同步整流原理

1.4.3同步整流的驱动方式

1.5本文主要研究内容

第二章Buck馈电交错并联推挽谐振式变换器分析

2.1馈电谐振推挽变换器

2.1.1馈电谐振推挽工作原理分析

2.1.2软开关分析

2.1.3同步整流设计

2.2 Buck馈电交错并联推挽谐振式变换器

2.2.1交错并联谐振推挽

2.2.2 Buck馈电并联谐振推挽式变换器

2.3本章小结：

第三章Buck馈电交错并联推挽谐振变换器仿真验证

3.1 Buck电路拓扑选择及波形

3.1.1 Buck电路拓扑选择

3.1.2 Buck电路波形

3.2交错并联谐振推挽电路主要波形及软开关实现

3.2.1交错并联谐振电路波形

3.2.2谐振软开关实现

3.2.3次级整流仿真

3.3本章小结

第四章变换器电路及参数设计

4.1主电路参数设计

4.1.1变压器设计

4.1.2谐振电感、谐振电容与馈电电感设计

4.1.3 Push-pull输出滤波电容设计

4.1.4 Buck输出电感设计

4.1.5 Buck输出电容设计

4.2控制电路设计

4.2.1谐振推挽控制电路设计

4.2.2 Buck控制电路设计

4.3同步整流电路设计

4.3.1 OVT偏置电压设置

4.3.2 MOT最小导通时间设定

4.4本章小结：

第五章变换器实验结果分析

5.1 Buck电路波形

5.2软开关实现

5.3同步整流波形

5.4效率与损耗分析

5.4.1效率测量

5.4.2变换器损耗分析

5.4.3变压器损耗分析

5.4.4滤波电感损耗分析

5.4.5同步整流管及续流二极管损耗分析

5.4.6 Buck开关管损耗分析

5.5动态特性与波特图分析

5.5.1变换器波特图分析

5.5.2补偿网络波特图

5.5.3谐振推挽变换器波特图

5.6电压与电流模式控制比较

5.7本章小结

结论

展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢