平面变压器耦合低压大电流变换器的研究与开发

摘要

随着电子技术的进步和通讯、电力行业的发展,对通信开关电源提出了越来越高的要求。目前大部分国内通信电源厂家仍然采用移相全桥ZVS-PWM变换电路、传统变压器、全波整流电路来设计低压大电流变换器,已经远远不能满足高效率、高功率密度、低辐射、小型化的市场需求。本文首先对比分析了多种变换电路(传统的PWM全桥变换电路、移相全桥ZVS-PWM变换电路、移相全桥ZVZCS-PWM变换电路、倍流整流移相全桥ZVS-PWM变换电路),指出了它们存在的优缺点;然后我们选择倍流整流移相全桥ZVS-PWM变换电路,提出采用平面变压器对其进行改进;对平面变压器的绕组结构、热模型及其漏电感进行分析,指出其可以解决的实际问题,并给出平面变压器的设计方法。针对移相全桥ZVS-PWM变换电路原边存在较大环流,采用倍流整流移相全桥ZVS-PWM变换电路,并且原边采用2个MOSFET并联方法,从而降低原边电流,解决难以选择MOSFET的问题,同时也减小了原边存在较大环流而带来的损耗问题,提高了效率。由于采用输出倍流整流电路,输出滤波电感可以做得较小,文中对输出电感采用不同磁芯材料进行分析和对比,指出各种磁芯材料应用的优缺点,然后选择最优性价比的磁芯制作输出滤波电感。课题将实际制作4275W的低压大电流输出整流器模块,最后给出实际的实验波形和验证结果。这对今后国内通信电源产品的研究和设计具有非常重要的意义。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 通信电源概述

1.2.1 通信电源的发展历程

1.2.2 通信电源系统的结构

1.2.3 通信开关电源的基本原理

1.3 不同变换电路分析对比

1.3.1 传统的PWM 全桥变换电路

1.3.2 移相全桥ZVS-PWM 变换电路

1.3.3 移相全桥ZVZCS-PWM 变换电路

1.3.4 倍流整流移相全桥ZVS-PWM 变换电路

1.4 课题方案选择及研究的意义

1.5 本文研究的内容

第二章 倍流整流移相全桥ZVS-PWM变换电路的研究与分析

2.1 倍流整流电路结构

2.2 倍流整流电路的工作原理

2.3 倍流整流电路正常工作条件

2.4 倍流整流电路的优缺点

2.4.1 倍流整流电路的优点

2.4.2 倍流整流电路的缺点

2.5 倍流整流移相全桥ZVS-PWM 变换电路的工作原理

2.6 超前开关管和滞后开关管实现ZVS 的差异

2.7 本章小节

第三章 平面变压器的研究与分析

3.1 平面变压器的分类及特点

3.2 平面变压器的国内外发展状况

3.3 平面变压器的绕组结构分析

3.4 平面变压器的热模型分析

3.4.1 平面变压器的热路

3.4.2 平面变压器热模型的建立

3.5 平面变压器漏电感的分析及测量

3.6 平面变压器在通信电源上的可行性分析

3.7 平面变压器的设计方法

3.7.1 平面变压器的工作频率

3.7.2 平面变压器的温升

3.7.3 磁芯选择

3.7.4 磁通密度

3.7.5 原副边匝比计算

3.7.6 确定原边和副边的匝数

3.7.7 确定铜皮绕组线经

3.7.8 初次级绕组的交叉技术和绕法选择

3.7.9 平面变压器的安全问题及绕组间距选择

3.8 本章小节

第四章 4275W平面变压器耦合低压大电流变换器设计

4.1 设计技术指标

4.2 系统设计方框图

4.3 主电路结构

4.3.1 全桥变换电路

4.3.2 平面变压器

4.3.3 倍流整流电路及输出滤波电路

4.4 控制电路和检测保护电路

4.4.1 控制方案及UCC2895 控制芯片

4.4.2 全桥驱动电路

4.4.3 全桥过流检测电路

4.4.4 输出电压检测电路

4.4.5 输出电流检测电路

4.4.6 电源模块化与均流技术

4.4.7 高压关断、输出故障保护及DC-DC 变换器开启电路

4.4.8 DC-DC 变换故障检测电路

4.4.9 输出预充电电路

4.5 主电路参数设计及元器件选择

4.5.1 平面变压器设计

4.5.2 全桥主功率管的选择

4.5.3 输出整流二极管的选择

4.5.4 输出滤波电感设计

4.5.5 输出滤波电容的选择

4.6 反馈控制环路的设计

4.7 本章小节

第五章 实验结果

5.1 实验结果

5.2 实验的效率曲线

第六章 小结及进一步的工作

6.1 本文主要完成的工作

6.2 需进一步做的工作

参考文献

附录

攻读硕士学位期间完成的学术论文

致谢