270V直流开关电源系统主电路及驱动电路研究

摘要

随着电力电子技术的发展，开关电源已广泛的应用于各个行业，越来越多的场合对电源设备的要求变的更高，各种高功率因素，高效率的开关电源应蕴而生。在第三代航空电气系统中，270V直流电气系统以其更高的效率和可靠性取代了恒频交流电气系统。270V直流开关电源的研究即是在此背景下的针对高压大功率直流开关电源的研究。
　　本文研究设计了一种直流开关电源系统的主电路及驱动电路部分。该电源使用两级变换。前级使用Boost型的具有软开关的PFC电路，文中分析了该电路的主要工作原理，对其主要电路参数进行了分析计算，并设计了相应的驱动电路。后级使用加辅助网络的移向全桥零电压开关(ZVS)变换器，该变换器通过引入一个由电感和电容构成的辅助网络，帮助滞后桥臂在较宽的负载范围内实现了软开关。由辅助网络替代了传统的谐振电感之后，通过全桥电路斜对角两只开关管的导通钳位作用，将变压器原边电压钳位，从而消除了变压器副边整流二级管上的电压尖峰，同时也减少了变压器副边占空比的丢失。文中分析了该电路的工作原理，并讨论了对传统全桥变换器存在问题的改善，给出了辅助网络的设计方法，对变换器的主要电路参数进行分析计算，并设计了相应的驱动电路。
　　为了验证理论分析的正确性，使用Pspicel0.5软件对各模块的主要电路设计进行了仿真验证。最后制作了一台输出270VDC，3kW/80kHz的实验电源样机。通过相关实验验证了理论分析及电路设计的可行性。

目录

声明

摘要

1 概述

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的主要内容

2 270V开关电源主电路拓扑

2．1 电源设计要求

2．2 方案比较

2．2．1 总体方案比较

2．2．2 PFC方案比较

2．2．3 DC／DC方案比较

2．3 最终选定方案

3 具有软开关的单相PFC电路研究

3．1 电路原理

3．2 参数设计

3．2．1 升压电感、谐振电感、输出电容的设计

3．2．2 整流桥、主开关管、二极管的选择

3．3 仿真研究

3．4 EMI滤波器

3．5 驱动电路设计

4 加辅助网络的移相全桥变换器的研究

4．1 移相全桥ZVS变换器

4．1．1 主要工作原理

4．1．2 滞后桥臂软开关问题

4．1．3 占空比丢失问题

4．1．4 整流二极管寄生振荡问愿

4．1．2 变压器原边的直流分量问题

4．2 加辅助网络的移相全桥ZVS变换器

4．2．1 主要工作原理

4．2．2 宽负载范围内的软开关

4．2．3 占空比丢失的减小

4．2．4 整流二极管电压尖峰的抑制

4．2．5 原边直流分量的抑制

4．3 主电路参数设计

4．3．1 高频变压器的设计

4．3．2 输出滤波电感、电容的设计

4．3．3 辅助网络的设计

4．3．4 功率开关管和整流二极管的选择

4．3．5 隔直电容和谐振电感的设计

4．5 主电路的仿真及分析

4．6 驱动电路设计

5 样机调试及实验波形

5．1 PCB设计

5．2 硬件调试及分析

5．3 实验波形及分析

5．3．1 PFC电路

5．3．2 DC／DC变换器

6 总结

6．1 本文工作总结

6．2 展望

致谢

参考文献

附录