同步整流的单端正激有源钳位软开关设计

摘要

随着开关电源向着小型化、轻量化的方向发展，减小磁性器件体积成了必要措施。这就要求不断提高开关电源的频率，但频率的增加会对电源带来较大功耗，在能源短缺的今天，研究提高电源效率的方法并提出切实可行的驱动方案有着重大意义。
　　本文先对传统的单端正激变换器做了简要介绍，然后深入分析了有源钳位正激变换器的电路结构、工作原理及基本关系。同时，对同步整流技术的工作原理和不同的驱动方式进行了详细介绍，为了令电源实现更好的性能，本次设计中在整流管的驱动方式上放弃了结构简单、主流的电压自驱动，选用了外驱动方式。基于功能需要，结合正激有源钳位技术、同步整流技术和软开关技术，对主电路的关键参数、变压器参数及基于LT3765和LT3766的控制电路进行了详细设计，并对功率管和变压器所产生的损耗给出了详细的分析计算，最终设计出了18V～72V宽范围输入，输出12V/0～12.5A，效率高达90％以上的高效率稳压开关电源。这款电源最大功率可达150W，参数特性适用于安防、通信以及水下防爆灯等多种应用。
　　在完成电路原理分析与电路设计的基础上，应用LTSPICE对整体电路进行仿真分析。仿真结果验证了电路设计和参数设计的正确性，而后做成实物样机进行电源性能测试，测试结果表明所设计电源实现了预定指标。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 开关电源发展趋势

1．2 软开关技术

1．2．1 软开关技术与高频化

1．2．2 广义软开关技术

1．2．3 软开关技术的发展现状和分类

1．3 同步整流技术

1．4 本课题目标及主要工作

第二章 有源钳位正激转换器设计的关键技术

2．1 正激变换器

2．1．1 正激式转换器主控制电路的组成

2．1．2 正激式转换器的工作原理和基本关系

2．2 有源钳位正激式变换器

2．2．1 有源钳位正激式转换器主控制电路的组成

2．2．2 有源钳位正激变换器工作原理和基本关系

2．2．3 有源钳位正激变换器几个关键参数

2．3 高频开关转换器的输出同步整流技术

2．3．1 输出整流二极管的主要参数

2．3．2 同步整流技术

2．3．3 同步整流的基本原理

2．3．4 同步整流的驱动方式

第三章 高频开关电源变压器设计

3．1 变压器磁芯材料与几何结构、峰值磁通密度的选择

3．1．1 铁氧体材料

3．1．2 铁氧体磁芯的几何结构

3．1．3 峰值磁通密度的选择

3．2 正激变换器磁芯最大输出功率

3．3 变压器的磁分析

3．3．1 正激变换器电磁理论

3．3．2 有源钳位正激变换器电磁理论

3．4 变压器中的铁损和铜损

3．4．1 变压器损耗

3．4．2 集肤效应和邻近效应

3．5 变压器设计

3．5．1 变压器磁芯的选择

3．5．2 变压器匝数计算

3．5．3 变压器原副边最大电流的有效值

3．5．4 变压器的绕组结构

3．5．5 工作频率下铜导线的集肤深度

3．5．6 原副边绕组的设计和交直流阻抗计算

3．6 小结

第四章 开关电源各模块电路设计

4．1 电源控制芯片

4．1．1 控制芯片LTC3765和LTC3766简介

4．1．2 LTC3765和LTC3766工作原理

4．2 主电路设计

4．2．1 钳位电路设计

4．2．2 输出滤波电路设计

4．2．3 输入电路设计

4．2．4 开关管Q1的设计

4．2．5 钳位管Q2的设计

4．2．6 同步整流管QS、QF的设计

4．3 电路损耗分析

4．3．1 各功率管的损耗

4．3．2 变压器损耗分析

4．4 控制电路设计

4．4．1 LTC3765控制电路设计

4．4．2 LTC3766控制电路设计

4．5 时序设计

4．6 小结

第五章 仿真及实验结果

5．1 仿真结果及分析

5．2 测试结果与分析

5．3 小结

第六章 总结及展望

6．1 论文总结

6．2 未来发展与展望

参考文献

发表论文及参加科研情况

致谢