基于单周控制的倍流整流有源箝位正激变换器的研究

摘要

随着现代科技的不断发展,DC-DC开关变换器在各个领域的应用越来越广泛,需要人们不断改进电路拓扑和控制策略,来适应不同场合的要求。一方面,DC-DC变换器的发展逐渐趋向于小型化,轻量化,高效率的特点。另一方面,计算机等终端设备、通信设备均要求低压、大电流、输出稳定可靠的供电电源。 正激电路由于具有拓扑简单、输入输出隔离、电压升降范围宽,可靠性高等特点,而被广泛应用于中小功率电源场合。但在主开关管关断期间,正激变换器变压器磁芯上的能量得不到释放,会引发直流偏磁,导致磁芯饱和。因此必须附加一个复位电路来解决变压器的磁复位问题。而传统的PWM(脉冲宽度调制)控制在输入出现扰动时,必须将误差传递到输出端才能产生动作反应,延缓了变换器的动态响应速度。 针对以上问题,本文提出了一种基于单周控制的倍流整流有源箝位正激变换器。采用有源箝位复位电路,实现了变压器的磁通复位。通过开关管并联电容和谐振电感的作用,实现了开关管的ZVS零电压开通,降低了开关损耗。同时,次级采用倍流整流方式,减小了输出纹波,增大了输出电流范围。另外,单周控制能够通过控制占空比,使输出有效跟踪控制信号,在一个周期内消除稳态、瞬态误差,使前一周期的误差不被带到下一周期,具有很强的抗输入扰动能力和较快的动态响应速度。 本文首先介绍了课题的产生背景,研究目的和意义,以及相关技术的发展历程。在此基础上确定了电路的拓扑结构和控制方法。然后对该变换器的电路工作原理和各个变量之间的关系进行了详细的分析。并对电路进行了建模分析,给出了系统的小信号模型。根据理论分析对电路各个元件的具体参数进行了设计,并使用软件进行了仿真分析。最后制作了样机一台,通过实验分析验证了单周控制倍流整流有源箝位正激变换器在低压大电流输出的场合下,具有输出稳定,动态响应性能好,转换效率高等特点,在通信电源等中低功率以及输入电压范围较宽的场合有广阔的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2 DC-DC开关电源的发展概况

1.2.1开关电源技术的应用现状

1.2.2 DC-DC开关电源面临的挑战

1.3本文主要技术发展背景

1.3.1有源箝位技术的发展

1.3.2倍流整流技术的产生发展

1.3.3同步整流技术

1.4本文的研究内容及意义

1.5本章小结

第二章正激变换器拓扑及原理分析

2.1变换器拓扑选择

2.1.1 DC-DC变换器初次级拓扑

2.1.2磁复位方法的比较

2.2有源箝位倍流整流正激变换器拓扑分析

2.2.1电路结构

2.2.2工作原理

2.3电路特性分析--开关管实现ZVS的条件和副边占空比丢失

2.3.1主开关管实现ZVS的条件

2.3.2辅助开关管实现ZVS的条件

2.3.3占空比丢失分析

2.4本章小结

第三章单周期控制技术

3.1引言

3.2单周期控制技术

3.2.1单周期控制概念

3.2.2单周期控制原理

3.2.3单周期控制性能分析及特点

3.3改进单周控制

3.3.1 PID单周控制概念

3.3.2单周控制建模

3.4本章小结

第四章主电路参数设计

4.1占空比及匝数比选择

4.2主辅功率　开关管的选择

4.3箝位电容设计

4.4变压器设计

4.4.1磁芯选择

4.4.2匝数设计

4.4.3原边副边绕组设计

4.4.5气隙长度

4.4.5变压器参数

4.5副边整流管的选择

4.6滤波电容及滤波电感的设计

4.7本章小结

第五章变换器的小信号建模及控制电路参数设计

5.1有源箝位倍流整流正激变换器的小信号建模

5.1.1小信号建模

5.1.2 Bode图分析

5.2补偿电路设计

5.3控制电路设计

5.3.1积分及复位电路设计

5.3.2比较电路设计

5.3.3时钟脉冲电路设计

5.3.4多谐振荡器

5.4延时死区设计

5.5驱动电路设计

5.6保护电路设计

5.7同步整流驱动设计

5.8本章小结

第六章仿真与实验分析

6.1仿真分析

6.1.1仿真电路

6.1.2仿真结果分析

6.2实验装置及结果分析

6.2.1实验装置

6.2.2实验结果分析

6.3本章小结

总结

参考文献

附录　电路设计原理图

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢