不对称半桥DC/DC变换器研究

论文摘要

电源能效对环境的影响问题越来越受到世界范围的关注,致力于自然资源保护的全球各国政府和标准化制定机构已相继推出各项措施,积极推广高效能源。这些规范都驱使电源设计人员采用新的拓扑,比如谐振转换器和软开关转换器。本文研究了一种零电压不对称半桥拓扑结构,它利用电路本身的特点,采用固定死区的互补PWM控制方式,使开关管的寄生电容和变压器漏感在两个开关管的死区时间里发生谐振,实现零电压开关。在不需要增加额外器件的情况下,就可以实现软开关,提高了变换器的效率。文中首先分析了不对称半桥变换器的工作原理及其零电压开通的过程,对不对称半桥在一个开关周期的各个状态进行分析,得出了实现ZVS的条件,并系统而全面的分析了占空比、负载电流、变压器匝比等参数对实现ZVS的影响。其次,对不对称半桥分别利用变压器漏感和激磁电感来实现ZVS的两种方式进行了对比,得出了两种方式下实现ZVS所要满足的条件,并总结了两种方式的优缺点及应用场合。对于DC/DC变换器采用同步整流技术可以改善变换效率,本文利用变压器辅助绕组来实现同步整流器的驱动,简化了同步驱动电路,并减小了电路成本。最后,利用PSPICE软件对电路进行了仿真研究,仿真结果验证了不对称半桥变换器的理论分析的正确性和零电压开关实现的可行性。基于以上的理论研究和仿真分析,给出了主电路和控制电路的参数设计,并采用L6591作为控制芯片,设计制作了200 W实验样机,并完成了系统实验。经试验验证,本文研究的不对称半桥变换器在较大负载范围内都可以实现软开关,实现高效率的电能变换。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 软开关技术
• 1.3 不对称半桥变换器
• 1.4 课题的研究意义及国内外研究现状
• 1.4.1 课题的研究意义
• 1.4.2 国内外研究现状
• 1.5 课题的研究内容
• 第2章 不对称半桥工作原理分析
• 2.1 不对称半桥稳态工作过程分析
• 2.2 不对称半桥开关过程分析
• 2.3 ZVS 实现条件
• 2.3.1 负载电流
• 2.3.2 死区时间设置
• 2.4 占空比丢失分析
• 2.5 输出整流管的电压应力
• 2.6 实现ZVS 的两种方式
• 2.6.1 负载电流ZVS 方式
• 2.6.2 激磁电流ZVS 方式
• 2.6.3 ZVS 负载范围及适用场合
• 2.7 本章小结
• 第3章 不对称半桥主电路参数设计
• 3.1 主电路设计
• 3.1.1 主电路设计指标
• 3.1.2 占空比的确定
• 3.1.3 功率变压器设计
• 3.1.4 开关管和整流管的选取
• 3.1.5 隔直电容设计
• 3.1.6 谐振电感参数的确定
• 3.1.7 输出滤波电感的设计
• 3.2 同步整流技术研究
• 3.2.1 同步整流技术及驱动方式
• 3.2.2 同步整流驱动绕组设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 不对称半桥控制电路设计
• 4.1 变换器的控制方法
• 4.1.1 电压型PWM 控制法
• 4.1.2 电流型PWM 控制法
• 4.2 不对称半桥小信号模型
• 4.2.1 峰值电流控制模型
• 4.2.2 系统开环频率特性分析
• 4.2.3 校正系统的设计
• 4.3 L6591 芯片及参数设计
• 4.3.1 振荡频率和死区的设置
• 4.3.2 输入分压电阻的设计
• 4.3.3 电流检测电路设计及过流保护
• 4.3.4 高压启动电路
• 4.3.5 补偿环节的设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统仿真与实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 系统仿真研究
• 5.2.1 负载电流ZVS 方式分析
• 5.2.2 激磁电流ZVS 方式研究
• 5.3 实验结果及分析
• 5.3.1 轻载开关管ZVS 波形
• 5.3.2 半载开关管ZVS 波形
• 5.3.3 重载开关管ZVS 波形
• 5.3.4 变压器原副边电压波形
• 5.3.5 同步整流管波形
• 5.3.6 二极管整流与同步整流效率对比分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介