改进型不对称半桥变换器的研究

论文摘要

本文选用适合中等功率,较高输入电压场合的改进型不对称半桥变换器,主要研究其控制方法和集成化问题。和传统的不对称半桥电路相比,改进型不对称半桥变换器增加了一个由辅助管和二极管构成的支路,实现了主开关管的零电压和辅助管的零电流开通,并且消除了传统不对称半桥变换器控制特性非线性和变压器直流偏磁的缺点。电流型控制相对于电压型控制具有更快的动态响应能力,具有限流功能以及便于实现自动均流并联功能等特性。本文详细分析应用电流型控制改进型不对称半桥变换器的工作原理及稳定性问题,在此基础上建立了峰值电流控制改进型不对称半桥变换器的小信号模型,比较和分析了峰值电流控制和电压控制这两种控制方式下变换器的系统特性,并对变换器的补偿网络进行了详细设计。在理论分析的基础上,论文对变换器的功率电路,控制电路,驱动电路,保护电路进行了详细的设计,按照设计参数,对该变换器进行了仿真研究并制作了原理样机进行了实验论证。仿真和实验结果表明:突加负载扰动时,峰值电流控制改进型不对称半桥变换器存在稳定性问题,采用斜坡补偿技术可改善系统的稳定性;且相对于电压型控制,采用峰值电流控制改进型不对称半桥变换器的动态响应明显加快。最后,对改进型不对称半桥变换器的集成化问题进行了初步研究,详细分析了开关器件,平面变压器及整流二极管的功率损耗,并进行热分析得出开关器件的最高结温和变压器的最高温度,为变换器的热设计打下了一定的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 半桥变换器及其软开关技术
• 1.2.1 传统半桥变换器
• 1.2.2 不对称半桥变换器
• 1.2.3 改进型不对称半桥变换器
• 1.3 变换器的控制方法
• 1.3.1 电压控制法
• 1.3.2 电流控制法
• 1.4 电力电子系统集成技术的现状
• 1.5 论文研究的主要内容
• 第二章 电压控制改进型不对称半桥DC/DC 变换器
• 2.1 概述
• 2.2 改进型不对称半桥变换器工作原理
• 2.3 变换器的特性
• 2.3.1 输入输出基本关系
• 2.3.2 开关管实现ZVS 的条件
• 2.3.3 占空比丢失分析
• 2.4 功率电路参数设计
• 2.4.1 变压器的设计
• 2.4.2 滤波电感的设计
• 2.4.3 谐振电感的设计
• 2.4.4 滤波电容的设计
• 2.4.5 主功率管和辅助功率管的选取
• 2.4.6 副边整流二极管的选取
• 2.4.7 辅助二极管的选取
• 2.5 仿真研究
• 2.6 本章小结
• 第三章 峰值电流控制改进型不对称半桥变换器的小信号特性
• 3.1 引言
• 3.2 峰值电流控制改进型不对称半桥变换器的工作原理
• 3.3 峰值电流控制改进型不对称半桥变换器稳定性及斜坡补偿分析
• 3.3.1 稳定性分析
• 3.3.2 斜坡补偿分析
• 3.4 峰值电流控制改进型不对称半桥变换器的小信号模型
• 3.4.1 主电路小信号模型
• 3.4.2 峰值电流控制模型
• 3.5 两种控制的开环传递函数及其特性比较
• 3.5.1 两种控制的开环传递函数及其特性比较
• 3.5.2 两种控制的闭环音频衰减，闭环输出阻抗比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 峰值电流控制改进型不对称半桥变换器设计与实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 变换器设计
• 4.2.1 控制电路结构
• 4.2.2 PWM 信号产生电路设计
• 4.2.3 斜坡补偿电路设计
• 4.2.4 复制电路及辅助管PWM 信号产生的电路设计
• 4.2.5 死区电路的设计
• 4.2.6 驱动电路的设计
• 4.2.7 电压外环设计
• 4.2.8 电流内环设计
• 4.2.9 电压保护电路的设计
• 4.3 变换器的实验研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 改进型不对称半桥变换器的模块化设计的基础研究
• 5.1 电源模块化设计的基本问题
• 5.2 基板技术
• 5.2.1 DBC 陶瓷基板
• 5.2.2 铝基覆铜板
• 5.3 平面变压器及其应用
• 5.3.1 平面磁芯
• 5.3.2 平面变压器的绕组
• 5.4 改进型不对称半桥变换器的损耗分析
• 5.4.1 功率器件的损耗分析
• 5.4.2 整流二极管的损耗分析
• 5.4.3 平面变压器绕组损耗的理论分析
• 5.4.4 变压器的铁损分析
• 5.4.5 电感的损耗分析
• 5.5 模块化改进型不对称半桥变换器的热分析
• 5.5.1 热设计基础
• 5.5.2 有限元理论及ANSYS 软件介绍
• 5.5.3 铝基板模块的稳态热分析
• 5.5.4 变压器的稳态热分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文工作与展望
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录1 导体内部的磁场强度分布计算
• 附录2 平面变压器各层损耗分析 MATLAB 程序