基于全谐振LCC的高压高功率变换器

论文摘要

随着科学技术的发展,高压高功率电源在医疗检查、工业静电除尘方面的应用越来越广泛,作为电子设备的动力之源,高压电源正在往高功率,高效率,小体积的方向发展。提升开关频率是减小电源体积最直接的方法。以目前的发展水平来看,制约开关频率提升的因素是半导体开关器件的损耗,它随着开关频率的提升迅速增加,减小开关损耗是提升开关频率最有效的方法。目前比较成熟的高压电源解决方案是频率调制方式的LCC谐振变换器。这种方式利用电容电感构成谐振腔,令开关管在电流或电压谐振到零的时候进行开关的切换,减小了开关损耗。由于谐振腔的谐振状态与负载电阻的大小有关系,这种方式无法保证开关管在任意负载下都实现零电压或零电流的开关切换,开关频率也因此受到限制(20kHz)。本文在控制方式上进行改进,使用全谐振控制方式控制LCC谐振变换器。这种方式检测谐振电流,在电流过零点控制开关管切换,保证了开关管在任意负载下都能实现零电压或零电流的开关切换,极大的减小了开关损耗。同时针对这种控制方式,利用计算机仿真软件PSPICE,归纳出谐振电容和谐振电感与谐振频率和负载的关系,将设计参数代入可获得需要的谐振电容和谐振电感的数值。在控制环路上本文提出了一种高频补偿的方法,弥补了全谐振控制方式纹波较大的缺点。最终通过仿真和实验,实现了开关频率300kHz的样机,缩小了高压高功率电源的体积。同时LCC谐振腔的结构特点,利用了高压变压器的漏感和寄生电容,降低了高压变压器的设计难度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 应用背景
• 1.2 发展趋势
• 1.3 技术演变
• 1.3.1 过去的技术
• 1.3.2 目前的技术
• 1.4 本论文主要研究的内容
• 第二章 整体方案
• 2.1 设计指标
• 2.2 系统框图
• 2.3 LCC 谐振变换器
• 2.3.1 高压变压器
• 2.3.2 LCC 谐振变换器
• 2.3.3 LCC 谐振变换器的利与弊
• 2.4 全谐振控制器
• 2.4.1 谐振
• 2.4.2 全谐振控制方式
• 2.4.3 全谐振控制方式的利与弊
• 2.4.4 启动电路
• 2.4.5 死区
• 2.4.6 开关超前角
• 第三章 全谐振控制电路的设计
• 3.1 谐振电流检测电路
• 3.1.1 电流互感器
• 3.1.2 差分放大器
• 3.2 MOS 管开关逻辑电路
• 3.2.1 时钟提取电路
• 3.2.2 锁存电路
• 3.2.3 逻辑电路
• 3.3 自启动电路
• 3.4 死区调节电路
• 3.5 开关超前角电路
• 3.6 控制电路完整电路图
• 第四章 LCC 谐振腔的设计
• 4.1 建立模型
• 4.2 模型化简
• 4.2.1 化简并联谐振电容
• 4.2.2 化简变压器
• 4.2.3 化简串联谐振电容
• 4.3 负载电阻Rl对输出的影响
• 4.4 Le、Cp 对输出的影响
• 4.4.1 谐振频率对输出的影响
• 4.4.2 并联电容对输出的影响
• 4.4.3 Le、Cp 参数的确定
• 4.5 串联谐振电容Cs 对输出的影响
• 4.6 最终参数
• 第五章 反馈补偿的设计
• 5.1 反馈控制器
• 5.2 延时来源
• 5.3 环路补偿模型
• 5.3.1 开关电源闭环控制基本原理
• 5.3.2 引入隔离延时
• 5.3.3 高频补偿
• 5.3.4 仿真
• 5.4 环路补偿电路
• 第六章 测试结果
• 6.1 输出电压波形
• 6.2 全谐振控制器测试波形
• 6.3 变换器控制环测试波形
• 6.4 开环效率测试
• 6.5 实物图
• 第七章 结论
• 符号说明
• 全系统原理图
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果