基于不对称半桥反激结构的中间母线变换器研究

摘要

中间母线变换器(Intermediate Bus Converter,IBC)可实现母线电压的固定比例隔离变换,由于其工作在开环或半开环的控制模式下,占空比固定,可实现软开关,因此具有极高的转换效率和功率密度[1],与负载点电源级联,可构成中间母线架构(Intermediate Bus architecture,IBA),在通信、计算领域大量应用.本文基于不对称半桥反激结构的稳压原理和技术特点,采用前馈控制的方法,实现了IBC的开环稳压控制,解决了IBC电源输出电压稳定度差的问题,同时实现了功率开关的零电压开关(zero-voltage switching,ZVS)和输出整流开关的零电流开关(zero-current switching,ZCS),大幅降低了开关损耗,提升了转换效率.首先,本文详细分析了该结构的工作原理,推导出了软开关实现条件和电路参数的设计方法,然后根据该结构的传输增益公式,设计了电压前馈PWM控制方案,并通过PSIM软件进行仿真验证,最后,搭建了一台输入为36~60V,输出为12 V的100 W/300 kHz的原理样机.实验结果表明,通过前馈稳压控制,全输入范围内输出电压变化幅度达到80 mV以内,且转换效率均大于90%,峰值效率达到91.25%,并且实现了功率开关零电压开通、输出整流开关零电流开通.