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推挽正激零电流转换DC/DC变换器的研究与实现

作　者: 赵俊宝
导　师: 贲洪奇
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 推挽正激箝位电容峰值电流控制斜坡补偿
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

哈尔滨工业大学985工程二期项目“月球车与着陆器关键技术研究”需要一套不同等级且具有电气隔离功能的直流稳压电源。在比较多种直流变换器拓扑的优缺点以后,最终选定了推挽正激变换器拓扑结构。通过在传统推挽电路的变压器原边增加箝位电容,抑制了开关管电压尖峰和电路的偏磁。在研究变换器工作原理的基础上,通过环流分析,结合PSPICE仿真,对电路中的关键参数的作用和确定方法进行了探讨:箝位电容的存在给变压器漏感能量提供了释放回路,抑制了开关管关断电压尖峰,但箝位电容过大,将失去其对偏磁的抑制作用,因此选择箝位电容时,应折中考虑;变压器原边漏感会增大电路占空比损失,降低变压器的利用率,应尽可能减小。控制方式采用峰值电流控制,由于常见的开关电源变换器的变压器只有一个原边绕组,设计内环电流采样电路时,只需采样该绕组电流即可。然而理论分析表明,推挽正激变换器中,只采样一个原边绕组电流无法得到理想的斜坡信号。为此设计了采样原边两个绕组电流差值的方案,避免了前者造成的次谐波振荡。通过加入斜坡补偿的方法,可以实现变换器在占空比D >50%时稳定工作,并且解决了电源输出轻载或空载时的失控问题。为了使电源同时满足稳定性、快速性、精确性的要求,建立了稳态时的控制系统数学模型,并对其进行了仿真分析。分析发现,虽然系统满足稳定性和快速性的要求,但是其低频增益小,稳态误差比较大。为此设计了滞后超前校正网络,增大了低频增益,同时使高频干扰信号迅速衰减,使电源的稳态和瞬态性能均满足设计要求。为了提高电源效率,探讨了推挽正激变换器的软开关实现方式,着重研究了零电流转换(ZCT)方式的工作原理。通过在副边增加谐振网络,使开关管在零电流条件下开通和关断,可以达到减小开关损耗,提高电源效率和可靠性的目的。在理论分析基础上,研制了24V/15A直流电源子模块,对其进行了实验分析和考核,验证了理论分析和设计思想的正确性,电源的各项性能指标也达到了设计要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景及研究的目的意义  9-10
  1.2 开关电源常用的几种变换器拓扑  10-13
    1.2.1 单端反激变换器  10
    1.2.2 单端正激变换器  10-11
    1.2.3 半桥变换器  11
    1.2.4 全桥变换器  11-12
    1.2.5 推挽变换器  12-13
    1.2.6 推挽正激变换器的提出  13
  1.3 软开关技术的提出和发展  13-16
    1.3.1 软开关技术的提出  13-14
    1.3.2 软开关技术的发展  14-16
  1.4 主要工作及研究内容  16-17
第2章推挽正激变换器的工作原理分析  17-27
  2.1 概述  17
  2.2 推挽正激变换器的工作原理  17-22
  2.3 环流分析  22
  2.4 箝位电容和变压器漏感对电路的影响及箝位电容的选择  22-23
    2.4.1 箝位电容的作用及选择  22-23
    2.4.2 变压器漏感对电路的影响  23
  2.5 PSPICE仿真分析  23-26
    2.5.1 变压器漏感对电路的影响  24-25
    2.5.2 箝位电容对电路的影响  25-26
  2.6 本章小结  26-27
第3章 24V/15A电源子模块主电路设计  27-35
  3.1 概述  27
  3.2 功率变压器设计  27-29
  3.3 功率开关管的选择及驱动电路设计  29-30
    3.3.1 功率开关管选择  29-30
    3.3.2 开关管驱动电路设计  30
  3.4 副边整流电路及输出滤波电感设计  30-34
    3.4.1 副边整流电路及整流管缓冲电路设计  30-32
    3.4.2 输出滤波电感的设计  32-34
  3.5 本章小结  34-35
第4章 24V/15A电源子模块控制电路设计  35-50
  4.1 概述  35
  4.2 峰值电流控制介绍  35-39
    4.2.1 峰值电流控制的原理及优缺点  35-38
    4.2.2 峰值电流控制的斜坡补偿  38-39
  4.3 适用于推挽正激变换器的峰值电流模式控制电路设计  39-46
    4.3.1 内环电流采样电路设计  39-41
    4.3.2 斜坡补偿电路设计  41-42
    4.3.3 电压外环设计  42
    4.3.4 电压外环传递函数的推导及优化  42-46
  4.4 保护电路的设计  46-48
    4.4.1 输出过流保护  46-47
    4.4.2 过压欠压保护  47-48
  4.5 本章小结  48-50
第5章推挽正激变换器的软开关实现  50-60
  5.1 概述  50
  5.2 推挽正激变换器的几种软开关实现方式  50-52
  5.3 零电流转换推挽正激变换器（ZCT PPF）的工作原理  52-53
  5.4 谐振元件参数对电路性能的影响及计算  53-58
  5.5 本章小结  58-60
第6章实验分析  60-65
  6.1 概述  60
  6.2 实验分析  60-62
  6.3 电源效率  62-64
  6.4 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-72
致谢  72

推挽正激零电流转换DC/DC变换器的研究与实现

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