磁集成交错并联反激变换器研究

论文摘要

随着信息技术的不断发展，供电电源需要提供更大的电流，与此同时还要减小尺寸，降低成本。因此，变换器朝着低电压、大电流方向不断发展。为了满足大电流的要求，变换器交错并联技术得到了广泛的应用。交错并联技术的应用能分散系统的热损耗，倍增变换器的工作纹波频率，降低输出纹波。但是，每个支路的电流纹波仍然较大，影响效率的进一步提高。磁集成技术在交错并联变换器的应用减小了交错并联变换器中磁性元件的数量、尺寸及降低磁性元件损耗，从而提高了变换器的效率，增大了变换器的功率密度。交错并联变换器在非隔离场合已得到了广泛地应用：交错并联PFC（Boost变换器）、VRM（交错并联Buck变换器）应运而生；而在隔离场合，交错并联反激变换器由于原理简单，元器件少等优点也得到了关注。本文以磁耦合集成结构的交错并联反激变换器为研究对象，分析了变换器基本工作原理。在集成磁件的磁路分析的基础上，通过磁路-电路对偶等效变换推导出集成磁件的等效电路（其中集成磁件的耦合程度用电感量Lx来表征），进而得到变换器的等效电路；基于变换器的等效电路，采用状态空间平均法对变换器进行小信号建模分析，求出变换器的各项传递函数，并获得变换器闭环传递函数。集成磁件变换器的各项传递函数与分立磁件变换器的各项传递函数相比，在形式上是一致，只是用一个等效电感代替分立磁件的电感量来表征集成磁件的电感量。进一步阐述了耦合程度对传递函数的影响；分析与研究了交错并联磁集成反激变换器电流断续模式的工作机理，推导出了断续模式的输入-输出关系；介绍了集成磁件的构成，并进行了交、直流磁通，线圈损耗及磁芯损耗的分析。通过对交错并联磁集成反激变换器的仿真和样机实验，验证了分析的正确性；在两路交错并联磁集成反激变换器的分析基础上，将集成磁件的应用推广至多路交错并联磁集成反激变换器，并进行了仿真验证，对此类集成磁件变换器的研究提供了深入的认识及有效的分析手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景介绍
• 1.2 交错并联反激变换器
• 1.2.1 交错并联技术及其应用
• 1.2.2 交错并联技术反激变换器
• 1.3 磁集成技术
• 1.4 选题的意义与研究内容
• 第二章 交错并联磁集成反激变换器性能分析
• 2.1 变换器的稳态性能
• 2.1.1 变换器的基本工作原理
• 2.1.2 变换器的等效电路
• 2.1.3 变换器工作过程分析
• 2.2 变换器的动态性能
• 2.2.1 小信号方程和小信号等效电路模型
• 2.2.2 变换器的开环传递函数
• 2.2.3 变换器的闭环传递函数
• 2.3 本章小结
• 第三章 电流断续模式交错并联磁集成反激变换器
• 3.1 变换器的等效电感
• 3.1.1 各阶段等效电感的推导
• 3.1.2 变换器等效稳态电感与动态电感
• 3.2 变换器电流断续模式工作分析
• 3.2.1 电流断续模式 1 工作分析
• 3.2.2 电流断续模式 2 工作分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 集成磁件分析
• 4.1 集成磁件的构成
• 4.2 集成磁件磁通分析
• 4.2.1 直流磁通分析
• 4.2.2 交流磁通分析
• 4.3 集成磁件损耗分析
• 4.3.1 磁芯损耗分析
• 4.3.2 线圈损耗分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 电路仿真与实验验证
• 5.1 电路仿真
• 5.2 实验验证
• 5.3 本章小结
• 第六章 多路集成应用的推广
• 6.1 多路交错并联磁集成反激变换器的原理
• 6.2 多路交错并联磁集成反激变换器的仿真
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文