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平面变压器耦合低压大电流变换器的研究与开发

作　者: 陈登锴
导　师: 王君艳；许化民
学　校: 上海交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 通信电源倍流整流器移相全桥 ZVS-PWM变换电路平面变压器
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 引言  9-10
  1.2 通信电源概述  10-12
    1.2.1 通信电源的发展历程  10
    1.2.2 通信电源系统的结构  10-11
    1.2.3 通信开关电源的基本原理  11-12
  1.3 不同变换电路分析对比  12-14
    1.3.1 传统的PWM 全桥变换电路  12
    1.3.2 移相全桥ZVS-PWM 变换电路  12-13
    1.3.3 移相全桥ZVZCS-PWM 变换电路  13
    1.3.4 倍流整流移相全桥ZVS-PWM 变换电路  13-14
  1.4 课题方案选择及研究的意义  14
  1.5 本文研究的内容  14-16
第二章倍流整流移相全桥ZVS-PWM变换电路的研究与分析  16-31
  2.1 倍流整流电路结构  16
  2.2 倍流整流电路的工作原理  16-19
  2.3 倍流整流电路正常工作条件  19
  2.4 倍流整流电路的优缺点  19
    2.4.1 倍流整流电路的优点  19
    2.4.2 倍流整流电路的缺点  19
  2.5 倍流整流移相全桥ZVS-PWM 变换电路的工作原理  19-29
  2.6 超前开关管和滞后开关管实现ZVS 的差异  29-30
  2.7 本章小节  30-31
第三章平面变压器的研究与分析  31-44
  3.1 平面变压器的分类及特点  31
  3.2 平面变压器的国内外发展状况  31-32
  3.3 平面变压器的绕组结构分析  32-33
  3.4 平面变压器的热模型分析  33-35
    3.4.1 平面变压器的热路  33-34
    3.4.2 平面变压器热模型的建立  34-35
  3.5 平面变压器漏电感的分析及测量  35-36
  3.6 平面变压器在通信电源上的可行性分析  36
  3.7 平面变压器的设计方法  36-43
    3.7.1 平面变压器的工作频率  37
    3.7.2 平面变压器的温升  37
    3.7.3 磁芯选择  37-38
    3.7.4 磁通密度  38-39
    3.7.5 原副边匝比计算  39-40
    3.7.6 确定原边和副边的匝数  40
    3.7.7 确定铜皮绕组线经  40-41
    3.7.8 初次级绕组的交叉技术和绕法选择  41-43
    3.7.9 平面变压器的安全问题及绕组间距选择  43
  3.8 本章小节  43-44
第四章 4275W平面变压器耦合低压大电流变换器设计  44-68
  4.1 设计技术指标  44
  4.2 系统设计方框图  44
  4.3 主电路结构  44-48
    4.3.1 全桥变换电路  44-47
    4.3.2 平面变压器  47
    4.3.3 倍流整流电路及输出滤波电路  47-48
  4.4 控制电路和检测保护电路  48-60
    4.4.1 控制方案及UCC2895 控制芯片  48-53
    4.4.2 全桥驱动电路  53-54
    4.4.3 全桥过流检测电路  54-55
    4.4.4 输出电压检测电路  55-56
    4.4.5 输出电流检测电路  56
    4.4.6 电源模块化与均流技术  56-58
    4.4.7 高压关断、输出故障保护及DC-DC 变换器开启电路  58-59
    4.4.8 DC-DC 变换故障检测电路  59
    4.4.9 输出预充电电路  59-60
  4.5 主电路参数设计及元器件选择  60-66
    4.5.1 平面变压器设计  60-63
    4.5.2 全桥主功率管的选择  63
    4.5.3 输出整流二极管的选择  63-64
    4.5.4 输出滤波电感设计  64-65
    4.5.5 输出滤波电容的选择  65-66
  4.6 反馈控制环路的设计  66-67
  4.7 本章小节  67-68
第五章实验结果  68-75
  5.1 实验结果  68-74
  5.2 实验的效率曲线  74-75
第六章小结及进一步的工作  75-76
  6.1 本文主要完成的工作  75
  6.2 需进一步做的工作  75-76
参考文献  76-78
附录  78-79
攻读硕士学位期间完成的学术论文  79-80
致谢  80-83

平面变压器耦合低压大电流变换器的研究与开发

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