新型交错并联双管正激软开关变换器的研究

摘要

近年来，电力电子技术的快速发展，使得各种开关电源的设计都朝着高频、小型的设计方向发展。双管正激变换器因其开关管电压应力低，环流损耗小，可靠性高以及结构简单的一系列优势，被普遍应用于输入电压较高的场合，因此成为连年以来研究的热门。并联技术的引入，保留了双管正激变换器的优势，除此之外，还使回路的利用率和可靠性得以提升，改善了副边二极管的工作环境。在并联回路之上，通过加入软开关技术的支持，可以使回路中各个开关管的开关损耗显著降低，更加有效地提高了变换器的利用率。 本文首先对正激类变换器进行了系统地研究，将几种不同并联类型的并联双管正激变换器进行相互对照，最终选用续流二极管侧并联的并-并型双管正激变换器进行后续的研究，在其基础上，引入软开关技术，并列举了几种典型的软开关并联双管正激变换器，针对其具有的软开关实现困难，及原边环流损耗大的问题，引出了基于耦合电感的交错并联双管正激变换器，对该变换器的稳态工作模式和电压、电流应力进行分析，发现其电压、电流应力受耦合电感变比的影响很大。针对这个问题，本文提出了一种基于无源辅助谐振网络的新型交错并联双管正激变换器。该新型变换器的辅助回路简单，且在不同负载时均能很容易的实现各个主开关管的软开关，降低了回路的环流损耗，有效地改善了开关管以及副边二极管的电压、电流应力，并且辅助回路中的电流能够根据负载进行自动调节，能有效抑制辅助回路中的通态损耗，使变换器的变换效率得到进一步提升。 本文提出一种新型交错并联双管正激变换器，详细说明了其稳态工作原理，并具体分析了该回路各元件的电压、电流应力，输出电压特性、软开关实现条件以及轻载情况下的运行状态。同时根据理论分析，对其进行了合理的参数设计，并在该设计的基础上进行了变换器的损耗分析。最后使用Cadence Pspice16.3仿真软件搭建了一个500W/100kHz的仿真模型，并对理论分析进行了逐一的仿真验证，仿真结果证实了回路具有的良好性能。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题的来源及研究意义

1．2直流变换器

1．2．1直流变换器的分类

1．2．2直流变换器的拓扑结构

1．2．3直流变换器的应用

1．3本文的主要研究内容

第2章正激类变换器的发展

2．1．1拓扑结构

2．1．2稳态工作原理

2．1．3磁复位回路

2．2双管正激变换器

2．2．1拓扑结构

2．2．2稳态工作原理

2．2．3软开关双管正激变换器

2．3并联双管正激变换器

2．3．1并联技术

2．3．2并联双管正激变换器的三种并联方式

2．4本章小结

第3章软开关并联双管正激变换器

3．1软开关技术

3．1．1软开关技术的提出

3．1．2软开关技术的分类

3．1．3软开关电路的发展

3．2软开关并联双管正激变换器的发展

3．2．1并联结构的等效拓扑结构

3．2．2并联双管正激变换器的控制策略

3．2．3软开关并联双管正激变换器的发展

3．3基于耦合电感的交错并联双管正激变换器

3．3．1主回路拓扑结构

3．3．2稳态工作原理

3．3．3电压和电流应力分析

3．4本章小结

第4章新型软开关交错并联双管正激变换器

4．1主回路拓扑结构及控制策略

4．1．1主回路拓扑

4．1．2控制策略

4．2稳态工作原理

4．3理论分析

4．3．1电压应力

4．3．2电流应力

4．3．3输出电压特性

4．3．4最大有效占空比

4．3．5超前管实现零电压开关(ZVS)的条件

4．3．6滞后管实现零电流开关(ZOS)的条件

4．3．7在轻载情况下的分析

4．4本章小结

第5章变换器的参数设计及损耗分析

5．1参数设计

5．1．1额定占空比的设计

5．1．2变压器匝比的确定

5．1．3并联缓冲电容的选择

5．1．4耦合电感变比的选择和电感值的确定

5．1．5维持电容的确定

5．2损耗分析

5．2．1主开关器件损耗分析

5．2．2整流二极管的损耗分析

5．2．3续流二极管的损耗分析

5．2．4辅助二极管的损耗分析

5．2．5其他损耗

5．3各变换器的损耗对比

5．4本章小结

第6章仿真结果分析

6．1仿真模型的搭建

6．1．1仿真参数设置

6．1．2开关驱动信号

6．1．3稳态工作模式验证

6．2理论分析的仿真验证

6．2．1额定负载时功率开关管波形分析

6．2．2轻负载时功率开关管波形分析

6．2．3不同负载时滤波电感电流波形分析

6．2．4不同负载时维持电容波形分析

6．2．5不同负载时续流二极管开关波形分析

6．2．6不同负载时整流二极管开关波形分析

6．2．7不同负载时辅助回路各器件的开关波形分析

6．2．8续流二极管的电压应力验证

6．2．9开关管的电流应力验证

6．2．10变换器的输出电压验证

6．2．11变换器效率分析

6．3本章小结

第7章总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的成果