基于软开关的反激变换器的研究与设计

论文摘要

为了满足现代各种用电要求,开关电源技术应运而生,它通过功率变换器进行电能变换,由于其高效节能可带来巨大的经济效益而得到迅速推广。相对于其他DC-DC变换器,反激直流变换器的电路拓扑结构简单,并且具有输入与输出电气隔离、所用元器件少、升/降压的范围较宽、易于实现多路输出等优点,因此在小功率开关电源产品中得到了广泛的应用。随着电力电子技术的不断发展,要求开关变换器有更高的频率、功率密度及效率,同时还要求它的电路相对简洁,并有较小的体积。减小变换器体积和重量的主要办法是增加开关频率。然而这将导致更多的开关损耗,降低了变换器的效率。传统的整流方法是采用普通的整流二极管或者使用肖特基二极管,但是这些二极管的正向导通压降大,造成的整流损耗也相当大,因而整流损耗也成为开关变换器的主要损耗之一。针对以上问题本文设计了一种将软开关技术及同步整流技术结合的新型反激变换器。这种变换器中的主开关管及辅助开关管都在零电流（Zero-Current-Switching,ZCS）状态下开通和关断,其他无源功率器件都在零电压（Zero-Voltage-Switching,ZVS）状态下开通和关断。文中详细描述了其拓扑特点、工作原理及其换流过程,对电路运行的各个模态进行了详细分析,并通过计算参数选择了适合的功率器件。由于功率MOSFET导通时的电阻低、开关消耗的时间短、输入时阻抗高,用它作为同步整流管的开关变换器整流损耗大大降低,变换器效率得到提高,因而在变换器的整流部分选择了同步整流,即采用功率MOSFET代替传统的二极管进行整流。本文对同步整流管的双向导电性进行了研究,对同步整流的驱动方式进行了说明,同时对同步整流的反激变换器各部分损耗进行了分析,并与采用二极管整流的传统反激变换器进行效率对比。全文通过把软开关技术以及同步整流技术应用反激变换器中,实现了高效率、高功率密度以及低成本的要求,得到了高性能价格比的开关变换器。最后通过给出设计的新型反激变换器的相关仿真波形及数据证明了设计的合理性与可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 反激变换器的工作原理分析
• 1.1 反激变换器的工作模式
• 1.1.1 电感电流连续（CCM）工作模式
• 1.1.2 电感电流断续（DCM）工作模式
• 1.1.3 电感电流临界连续（BCM）模式
• 1.1.4 电感电流断续模式和连续模式的比较
• 1.2 反激型电路变压器的储能能力
• 1.3 空载运行问题
• 1.4 本章小结
• 第二章 反激变换器软开关电路设计
• 2.1 反激直流软开关技术
• 2.1.1 RCD 电路
• 2.1.2 LCD 电路
• 2.1.3 有源箝位电路
• 2.1.4 准谐振和多谐振变换电路
• 2.2 新型ZCS-PWM 反激变换器设计
• 2.2.1 ZCS-PWM 反激变换器结构
• 2.2.2 ZCS-PWM 反激变换器工作原理分析
• 2.2.3 ZCS-PWM 反激变换器实现软开关的条件
• 2.2.4 ZCS-PWM 反激变换器最大占空比设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于同步整流的零电流反激变换器
• 3.1 同步整流器件
• 3.2 同步整流的驱动方式
• 3.2.1 外驱动同步整流技术
• 3.2.2 电流自驱动型同步整流
• 3.2.3 电压自驱动型同步整流
• 3.3 反激变换器各部分损耗分析
• 3.3.1 肖特基二极管上的损耗
• 3.3.2 同步整流管MOSFET 损耗分析
• 3.3.3 反激变换器变压器上的损耗模型分析
• 3.3.4 与滤波电容有关的损耗模型分析
• 3.3.5 反激变换器的其它损耗分析
• 3.4 实例分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 元件参数的选择及控制电路设计
• 4.1 主电路参数选择
• 4.1.1 变压器选择
• 4.1.2 功率开关管和二极管选择
• 4.1.3 谐振参数选择
• 4.1.4 励磁电感和输出电容选择
• 4.2 控制电路设计
• 4.2.1 控制电路TL494
• 4.2.2 多谐振荡器CC4047
• 4.3 反馈电路设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 仿真结果及分析
• 5.1 传统反激变换器的仿真
• 5.1.1 仿真电路
• 5.1.2 仿真结果及分析
• 5.2 基于同步整流的新型反激变换器的仿真
• 5.2.1 仿真电路
• 5.2.2 仿真结果及分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要