高頻同步整流ClassΦ2DC-DC變換器的研究.pdf

1、現(xiàn)代電力電子技術(shù)應(yīng)用要求功率變換器具有高功率密度、高效率和快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。提高開關(guān)頻率能夠有效降低電容和磁性元件的儲(chǔ)能要求，從而減小變換器的體積重量、提高功率密度，并提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。目前，開關(guān)頻率達(dá)到高頻范圍(3MHz以上)的功率變換器已成為國際上的研究熱點(diǎn)。因此本課題展開了對(duì)高頻DC-DC功率變換器的研究。
　　本文針對(duì)低壓輸出的場合，提出了一種帶同步整流的高頻ClassΦ2DC-DC變換器，其具有以下特點(diǎn)：1)主開關(guān)管

2、電壓應(yīng)力低，并且能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓開關(guān)(Zero Voltage Switching，ZVS)；2)同步整流管能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)(Zero Current Switching，ZCS)；3)吸收功率器件的寄生參數(shù)作為電路一部分，減少了其對(duì)變換器工作的影響；4)電路中所有的電感電容均參與諧振，降低了其儲(chǔ)能要求，減小了變換器的體積重量。該變換器由ClassΦ2逆變器和Class E整流器兩部分組成。文中首先介紹了前級(jí)ClassΦ2逆

3、變器的推導(dǎo)過程及其工作原理，建立了阻抗模型，分析了其阻抗特性，指出了基波和三次諧波處的阻抗大小和開關(guān)管應(yīng)力、占空比之間的關(guān)系。其次對(duì)后級(jí)Class E整流器的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)分析。然后介紹了變換器的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)整流電路時(shí)，先指出了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中無法實(shí)現(xiàn)基波輸入電壓和電流相位和幅值的解耦，在此基礎(chǔ)上提出一種新的設(shè)計(jì)方法，綜合考慮開關(guān)管的占空比以及效率；在設(shè)計(jì)逆變單元時(shí)，利用阻抗網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性完成參數(shù)設(shè)計(jì)過程。然后針對(duì)變換器的

4、主開關(guān)管和同步整流管分別提出了多級(jí)諧振驅(qū)動(dòng)電路和帶直流偏置的自激諧振驅(qū)動(dòng)電路，前者工作穩(wěn)定，參數(shù)設(shè)計(jì)簡便，后者元件少，效率高。同時(shí)提出滯環(huán)控制方案，并給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。
　　本課題研制了一臺(tái)輸入12V，輸出5V/10W，工作頻率為10MHz的原理樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析和仿真波形一致，驗(yàn)證了電路工作原理和設(shè)計(jì)方法的正確性，滿載效率為79.5％。同時(shí)搭建了一臺(tái)電路參數(shù)完全一致的，以二極管為整流器件的原理樣機(jī)，滿載效率為77.4%，