带辅助变压器的新型全桥控制方法的研究

摘要

随着计算机信息技术的发展，桌面电脑、打印机等信息设备越来越普及，因此对高效率、低EMI、高功率密度的电源适配器的需求越来越大。电源设计人员在不断地进行研究，以寻找更佳电路拓扑，获得更高的性能。目前全桥变换器在中大功率场合中应用最普遍的电路结构之一。但工作在硬开关条件下的全桥变换器会产生很大的开关损耗和EMI，而且发热严重，不利于开关管的频率和电源转换效率和可靠性的提高。 随着软开关技术特别是零电压软开关技术的应用，各种软开关全桥变换器拓扑相继被提出，而其中以移相控制ZVS全桥变换器最为有名，其控制策略简单实用，电路性能好。但是在传统移相控制ZVS全桥变换器中，存在两个突出的问题：变换器的滞后桥臂开关管在轻载或空载条件下难以实现软开关；另外就是由于变压器原边有较大的漏感或串电感，带来较大的占空比丢失，限制了输入电压和负载范围，降低了效率。因此人们不断尝试一些新措施以克服这些缺陷，比如增加变压器磁化电流技术，并联辅助谐振网络等等。这些新技术和新拓扑的提出使滞后桥臂开关管的工作条件大为改善。但是却是以牺牲效率和电路可靠性为代价的。本论文是在现有零电压全桥变换器的基础上，寻找一种能够在不增加电路复杂性，不降低电源效率的前提下，使滞后桥臂开关管实现零电压开通变得容易的方法。并且研究了现在全桥的两种控制方法：移相控制方法和有限双机性方法，对这两种方法对新型拓扑实现软开关的情况进行比较，最后通过仿真及实验验证那种方法最适合新拓扑。 本文本文首先介绍各种软开关技术及其在全桥变换器中的应用，讨论在移相控制方式下全桥变换器零电压开关的实现方法，然后分析了新型带辅助变压器的全桥在有限双极性控制下软开关的实现方法，并用simetrix仿真软件对电路进行仿真，重点对电路的软开关进行了仿真分析。通过比较有、无辅助支路时的仿真波形，说明了辅助支路对变换器软开关实现的作用。接着对电路的试验参数进行了设计，重点是磁性元件的设计。在介绍了控制芯片和驱动芯片基本资料的基础上，对移相全桥及有限双极性全桥的控制电路、同步整流电路，进行了参数设计，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工作，并对得到的试验波形进行了详细的分析，说明了新拓扑的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪言

1.1引言

1.2软开关DC/DC变化器概述

1.2.1负载谐振变换器技术

1.2.2谐振开关技术

1.2.3谐振直流环节变换器技术

1.2.4零电压转换PWM变换器技术

1.3全桥PWM变换器及其控制

1.3.1双极性控制方式

1.3.2有限双极性控制方式

1.3.3移相控制方式

1.4本文内容安排

第二章移相FB ZVS PWM变换器

2.1工作原理

2.2工作原理分析

2.2.1[t0-t1]区间

2.2.2[t1-t2]区间

2.2.3[t2-t3]区间

2.2.4[t3-t4]区间

2.2.5[t4-t5]区间

2.3本章小结

第三章新型带辅助变压器的全桥

3.1实现软开关的新原理

3.2新型带辅助变压器全桥变换器

3.3参数关系

3.4本章小结

第四章变换器电路及其参数设计

4.1主电路及其参数设计

4.1.1功率变压器的设计

4.1.2辅助变压器及谐振电感的设计

4.1.3输出滤波器的设计

4.1.4电容的选择

4.2控制电路的设计

4.2.1移相控制回路设计

4.2.2移相控制芯片简介

4.2.3有限双极性控制回路

4.2.4有限双极性控制芯片简介

4.3同步整流管的驱动电路

4.3.1移相控制方法下的同步整流驱动

4.3.2有限双极性控制方法下的同步整流驱动

4.4本章小结

第五章软开关仿真分析及试验结果

5.1普通移相全桥软开关实现

5.2加入辅助变压器的移相全桥软开关的实现(满载25A)

5.3加入辅助变压器的移相全桥软开关的实现(轻载2.4A)

5.4加入辅助变压器的有限双极性全桥软开关的实现(满载25A)

5.5加入辅助变压器的有限双极性全桥软开关的实现(轻载2.4A)

5.6试验结果

5.6.1驱动电路波形

5.6.2移相超前桥臂软开关实现情况

5.6.3移相滞后桥臂软开关实现情况

5.6.4有限双极性超前桥臂软开关实现情况

5.6.5有限双极性滞后桥臂软开关实现情况

5.6.6占空比丢失现象

5.6.7辅助变压器的作用

5.6.8同步整流驱动

5.7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

硕士学位审批表