平面变压器耦合低压大电流变换器的研究与开发

论文摘要

随着电子技术的进步和通讯、电力行业的发展,对通信开关电源提出了越来越高的要求。目前大部分国内通信电源厂家仍然采用移相全桥ZVS-PWM变换电路、传统变压器、全波整流电路来设计低压大电流变换器,已经远远不能满足高效率、高功率密度、低辐射、小型化的市场需求。本文首先对比分析了多种变换电路（传统的PWM全桥变换电路、移相全桥ZVS-PWM变换电路、移相全桥ZVZCS-PWM变换电路、倍流整流移相全桥ZVS-PWM变换电路）,指出了它们存在的优缺点;然后我们选择倍流整流移相全桥ZVS-PWM变换电路,提出采用平面变压器对其进行改进;对平面变压器的绕组结构、热模型及其漏电感进行分析,指出其可以解决的实际问题,并给出平面变压器的设计方法。针对移相全桥ZVS-PWM变换电路原边存在较大环流,采用倍流整流移相全桥ZVS-PWM变换电路,并且原边采用2个MOSFET并联方法,从而降低原边电流,解决难以选择MOSFET的问题,同时也减小了原边存在较大环流而带来的损耗问题,提高了效率。由于采用输出倍流整流电路,输出滤波电感可以做得较小,文中对输出电感采用不同磁芯材料进行分析和对比,指出各种磁芯材料应用的优缺点,然后选择最优性价比的磁芯制作输出滤波电感。课题将实际制作4275W的低压大电流输出整流器模块,最后给出实际的实验波形和验证结果。这对今后国内通信电源产品的研究和设计具有非常重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 通信电源概述
• 1.2.1 通信电源的发展历程
• 1.2.2 通信电源系统的结构
• 1.2.3 通信开关电源的基本原理
• 1.3 不同变换电路分析对比
• 1.3.1 传统的PWM 全桥变换电路
• 1.3.2 移相全桥ZVS-PWM 变换电路
• 1.3.3 移相全桥ZVZCS-PWM 变换电路
• 1.3.4 倍流整流移相全桥ZVS-PWM 变换电路
• 1.4 课题方案选择及研究的意义
• 1.5 本文研究的内容
• 第二章 倍流整流移相全桥ZVS-PWM变换电路的研究与分析
• 2.1 倍流整流电路结构
• 2.2 倍流整流电路的工作原理
• 2.3 倍流整流电路正常工作条件
• 2.4 倍流整流电路的优缺点
• 2.4.1 倍流整流电路的优点
• 2.4.2 倍流整流电路的缺点
• 2.5 倍流整流移相全桥ZVS-PWM 变换电路的工作原理
• 2.6 超前开关管和滞后开关管实现ZVS 的差异
• 2.7 本章小节
• 第三章 平面变压器的研究与分析
• 3.1 平面变压器的分类及特点
• 3.2 平面变压器的国内外发展状况
• 3.3 平面变压器的绕组结构分析
• 3.4 平面变压器的热模型分析
• 3.4.1 平面变压器的热路
• 3.4.2 平面变压器热模型的建立
• 3.5 平面变压器漏电感的分析及测量
• 3.6 平面变压器在通信电源上的可行性分析
• 3.7 平面变压器的设计方法
• 3.7.1 平面变压器的工作频率
• 3.7.2 平面变压器的温升
• 3.7.3 磁芯选择
• 3.7.4 磁通密度
• 3.7.5 原副边匝比计算
• 3.7.6 确定原边和副边的匝数
• 3.7.7 确定铜皮绕组线经
• 3.7.8 初次级绕组的交叉技术和绕法选择
• 3.7.9 平面变压器的安全问题及绕组间距选择
• 3.8 本章小节
• 第四章 4275W平面变压器耦合低压大电流变换器设计
• 4.1 设计技术指标
• 4.2 系统设计方框图
• 4.3 主电路结构
• 4.3.1 全桥变换电路
• 4.3.2 平面变压器
• 4.3.3 倍流整流电路及输出滤波电路
• 4.4 控制电路和检测保护电路
• 4.4.1 控制方案及UCC2895 控制芯片
• 4.4.2 全桥驱动电路
• 4.4.3 全桥过流检测电路
• 4.4.4 输出电压检测电路
• 4.4.5 输出电流检测电路
• 4.4.6 电源模块化与均流技术
• 4.4.7 高压关断、输出故障保护及DC-DC 变换器开启电路
• 4.4.8 DC-DC 变换故障检测电路
• 4.4.9 输出预充电电路
• 4.5 主电路参数设计及元器件选择
• 4.5.1 平面变压器设计
• 4.5.2 全桥主功率管的选择
• 4.5.3 输出整流二极管的选择
• 4.5.4 输出滤波电感设计
• 4.5.5 输出滤波电容的选择
• 4.6 反馈控制环路的设计
• 4.7 本章小节
• 第五章 实验结果
• 5.1 实验结果
• 5.2 实验的效率曲线
• 第六章 小结及进一步的工作
• 6.1 本文主要完成的工作
• 6.2 需进一步做的工作
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文
• 致谢