电压型与电流型控制推挽正激DC-DC变换器研究

摘要

本文在论述DC-DC变换器拓扑族和控制策略的现状与发展的基础上,深入研究了电压型与电流型控制推挽正激(Push-Pull forward)DC-DC变换器.深入分析了电压型控制推挽正激DC-DC变换器的工作原理,详细地论述了推挽正激DC-DC变换器的稳态原理,按照变换器的实际工作情况,分析了推挽正激DC-DC变换器断续、临界连续和连续的工作模式,并推导出推挽正激DC-DC变换器的输出外特性.得出此类变换器具有抑制开关管关断电压尖峰、输入电流脉动小等优点.对比传统的推挽变换器,此电路拓扑具有直接能量传输和间接电流传输两种能量传输途径的特点,因此在效率的提高方面也具有优势.本文设计并成功研制了1kW 27VDC/190VDC电压型控制直流变换器试验装置,结果表明这类变换器具有变换效率高,功率密度大,网侧电流纹波小,功率开关管电压尖峰小等优点,因此特别适用于航空静止变流器的前置级.本文还深入分析了间接电流型(Sensorless Current Mode-SCM)控制推挽正激DC-DC变换器的工作原理,详细分析了其控制策略.对于间接电流型控制模式的研究丰富了控制方式.其以在电感或者变压器绕组上取电压积分的方式,取代传统的电阻取样和LEM互感器取样,获得强抗噪声干扰、前馈控制、优良的动态性能等优点,克服了电流型控制模式固有的缺点.本文设计并研制了一台基于SCM控制的300W 27VDC/190VDC推挽正激DC-DC变换器的原理样机,结果与理论分析基本一致.

目录

文摘

英文文摘

承诺书

注释表

第一章绪论

1.1静止变流器的现状与发展

1.1.1低频环节静止变流器

1.1.2高频环节静止变流器

1.2 DC-DC变换器电路拓扑

1.3推挽正激式(push-pull forward)变换器

1.3.1推挽正激式电路的演变

1.3.2推挽正激式电路的特点

1.4 DC-DC变换器控制技术的现状与发展

1.5本文选题的意义

1.6本章小结

第二章电压型控制推挽正激DC-DC变换器的稳态原理特性

2.1推挽正激DC-DC变换器的稳态分析

2.1.1推挽正激DC-DC变换器的稳态工作原理

2.1.2推挽正激DC-DC变换器的环流分析

2.2推挽正激DC-DC变换器外特性分析

2.2.1电感电流连续(CCM)时外特性分析

2.2.2电感电流断续(DCM)时外特性分析

2.2.3电感电流临界连续临界电流Icr分析

2.3推挽正激DC-DC变换器输出标么外特性

2.4不同工作模式的比较

2.5本章小结

第三章电压型推挽正激DC-DC变换器关键电路参数设计

3.1电压型控制推挽正激DC-DC变换器

3.1.1系统构成

3.1.2主功率电路

3.1.3控制与驱动隔离电路

3.1.4其它电路

3.2高频变压器参数设计

3.2.1确定磁芯型号及尺寸

3.2.2计算绕组匝数及导线线径

3.3箝位电容容值参数设计

3.4 MOSFET的参数选取

3.4.1MOSFET的额定电压与额定电流

3.4.2MOSFET并联

3.5输入低通滤波器参数设计

3.6输出整流滤波器参数设计

3.6.1输出整流电路设计

3.6.2输出滤波电路设计

3.7无损缓冲电路设计

3.7.1变换器副边整流二极管的脉冲尖峰干扰

3.7.2变压器副边整流二极管前沿尖峰的抑制方法

3.8控制及其它电路的设计

3.8.1UC3525控制芯片外部电路设计

3.8.2电压型闭环负反馈PI调节参数设计

3.8.3光耦隔离取样电路设计

3.8.4过流保护电路设计

3.9本章小结

第四章1kW 27VDC/190VDC电压型推挽正激DC-DC变换器的设计与实现

4.1电压型推挽正激DC-DC变换器主要性能指标

4.2高频变压器

4.2.1高频变压器匝比

4.2.2线径

4.2.3校核

4.2.4变压器绕制工艺

4.3箝位电容

4.4 MOSFET

4.5输入低通滤波器

4.6整流二极管

4.7输出滤波电感

4.8输出滤波电容

4.9整流桥尖峰电压缓冲电路

4.10其它电路

4.10.1控制、驱动隔离电路

4.10.2.光耦隔离电路

4.10.3过流保护电路

4.11试验结果

4.11.1试验波形

4.11.2试验数据

4.12与后级逆变器联调试验结果

4.13本章小结

第五章间接电流型控制推挽正激DC-DC变换器研究

5.1间接电流型控制原理

5.1.1传统电压型与电流型控制模式

5.1.2间接电流型控制原理简介

5.2基于UC3846的间接电流型控制的推挽正激变换器分析

5.2.1 UC3846的内部结构

5.2.2在UC3846中实现间接电流型控制的策略

5.3试验结果

5.4本章小结

第六章全文总结与展望

6.1本文工作总结

6.2进一步工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文