多路输出串联谐振变换器交叉调整率研究

摘要

随着当前电力电子设备向着小型化轻量化的方向发展，尤其是消费类电子产品及计算机的发展，更多的设备需要同时有不同等级的电压提供能量，而传统的采用多电源模块供电的方式却不能满足电子设备对小型化轻量化的发展要求，所以多路输出电源技术就成为了重要的发展趋势，它不仅能够有效的减小变换器的体积，在功耗上相对于采用多个单独电源模块供电也有很大的优势。但是多路输出电源在实际应用中仍存在许多问题，其中一个很重要的问题就是多路输出变换器的各路输出很难实现稳压，各路输出电压会随着其中一路负载的变化而变化，即多路输出变换器的交叉调整率问题。针对此问题，本文给出了一种新的解决多路输出变换器交叉调整率的方法。
　　本文首先介绍了多路输出变换器在常见的三相功率模块中的应用，进而介绍了传统的多路输出方式与采用多绕组变压器实现的多路输出方式的原理及其优缺点，之后阐述了多路输出变换器的交叉调整率问题，并详细回顾了现有的调整多路输出变换器交叉调整率的方法及其各自的利弊。由于本实验将以串联谐振变换器为实验平台，所以文章对谐振变换器做了简单介绍，并对串联谐振变换器的工作原理做了详细分析。文章的创新部分是对于变压器加磁栅以及在输出电路加补偿电容的设计，文章首先从原理上对新的改善多路输出变换器交叉调整率的方法做了介绍，由于多路输出变换器存在交叉调整率的主要原因是由于多绕组变压器各绕组间存在漏感，并且漏感间还存在相互耦合，所以文章首先从对磁性元件设计的角度对多绕变压器在结构上进行优化，提出通过在变压器各绕组间加磁栅来抑制变压器各绕组间的耦合，其基本原理是涡流去磁效应，由于在交流场中，磁栅中会产生涡流，而涡流会产生一个与原磁场反向的磁场，从而消除各绕组间漏感的耦合，将各绕组进行相互隔离。在抑制了变压器各绕组的漏感相互耦合的基础上，从电路的角度通过加补偿电容消除等效串联在输出绕组的漏感，由于变压器的漏感可等效为串联在其输出端的电感，所以根据谐振的原理，通过增加串联电容，使之与漏感发生谐振从而阻抗为零，最终消除漏感对输出的影响。文章从涡流去磁的解析算法及有限元仿真的角度对上述的过程进行详细的分析。最后文章通过一个四路输出串联谐振变换器为实验平台对多路输出变换器的交叉调整率问题进行了实验验证及分析。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 多路输出技术

1.3 多路输出变换器的交叉调整率

1.4 论文的研究意义及主要工作

第二章 半桥串联谐振变换器分析

2.1 谐振变换器

2.2 半桥串联谐振变换器工作原理

2.3 串联谐振变换器的控制方式

2.4 增益曲线仿真

第三章 通过磁柵及补偿电容改善交叉调整率

3.1 引言

3.2 通过加磁柵抑制变压器漏感

3.3 改进的变压器结构及多绕组变压器分析

3.4 涡流去磁的解析求解方法

3.5 磁栅对两绕组线圈间耦合的抑制效果

3.6 ANSYS 有限元验证磁柵对多绕组变压器漏感耦合的抑制作

3.7 磁栅的设计

第四章 补偿电容值的选取及多绕组变压器参数测量

4.1 补偿电容值的选取原则

4.2 多绕组变压器建模及存在的问题

4.3 基于T等效电路的多绕组变压器耦合电感模型

4.4 多绕组变压器参数的测量方法

第五章 四路输出串联谐振变换器设计与试验结果分析

5.1 引言

5.2 电源设计指标

5.3 半桥串联谐振变换器电路拓扑

5.4 变换器控制电路及主要元器件选型

5.5 多路输出变换器交叉调整率实验结果

5.6 实验总结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

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