隔離型高增益正反激變換器拓撲與控制研究.pdf

1、隔離型高增益DC/DC變換器是高壓開關電源的核心部件，在航空、航天等領域有著廣泛的應用。隔離型高增益DC/DC變換器的特征與常規(guī)直流變換器有著顯著的不同，隔離變壓器的大變比及工藝結構加劇了變壓器的非理想特性并嚴重影響著變換器的工作狀態(tài)。為滿足的高增益特種開關電源日益增長的應用需求，論文以隔離型高增益DC/DC變換器拓撲結構與控制策略為研究對象，對硬開關倍壓正反激變換器、有源箝位正反激變換器以及諧振正反激變換器進行了深入研究。論文的主要研

2、究內(nèi)容及取得的研究成果如下：
　　首先，論文從變換器工作模態(tài)的角度，對工作在連續(xù)導電模態(tài)(CCM)和不連續(xù)導電模態(tài)(DCM)的反激變換器輸出特性進行了分析，得出了DCM模態(tài)下的反激變換輸出電壓增益比與隔離變壓器的變比無直接關系的結論。為減小反激變換器中所用開關器件的電壓應力及降低隔離變壓器的絕緣強度，論文在倍壓整流電路的基礎上提出一種硬開關高增益倍壓正反激變換器的復合拓撲結構，將多個電容等效成一個廣義虛擬電容，由此推導出倍壓正反激

3、變換器工作于DCM模態(tài)與CCM模態(tài)的臨界條件以及輸出電壓增益與占空比之間的關系。結果表明：在DCM模態(tài)下隔離型倍壓正反激DC/DC變換器輸出電壓增益主要取決于其特征參量的大小，當特征參量較小時DCM模態(tài)下隔離型倍壓正反激DC/DC變換器有較大的輸出電壓增益比，因此降低了對隔離變壓器原副邊匝數(shù)比的要求，減小了變壓器匝數(shù)和體積，易于實現(xiàn)高增益DC/DC變換器的小型化設計。同時，該變換器既有正激充電過程又有反激放電特性，能適應較寬的輸入電壓范

4、圍。論文對倍壓正反激變換器的動態(tài)特性采用移動平均的方法進行了小信號建模和環(huán)路的補償器設計，研制了原理樣機，實驗數(shù)據(jù)有效地驗證了結論的正確性。
　　其次，論文從變壓器的物理模型出發(fā)，探討了變壓器的漏感對變換器的性能影響。為抑制變壓器的漏感與原邊開關管寄生電容所形成的電壓振蕩，將有源箝位電路與倍壓正反激變換器進行復合，由此形成一種有源箝位正反激變換器的拓撲結構。論文在深入分析有源箝位正反激變換器工作原理的基礎上得出了輸出電壓增益、原邊

5、開關管以及副邊整流二極管的電壓、電流應力表達式，并進行了電路仿真和實驗驗證。為進一步提高輸出電壓增益而不增加元器件的電壓應力，論文對高階倍壓正反激變換器的特性進行了分析與驗證。
　　針對高增益變換器輸出側高壓二極管反向恢復時間長的問題，在有源箝位正反激變換器的基礎上提出了一種諧振正反激變換器，它不僅使原邊開關管實現(xiàn)了零電壓開關(ZVS)，同時輸出側高壓二極管亦實現(xiàn)了零電流開關(ZCS)，解決了高壓二極管反向恢復時間長與變換器高頻化

6、工作之間的矛盾，提升了高增益DC/DC變換器的動態(tài)性能。論文從有源箝位正反激變換器的參數(shù)入手，對變壓器輸出側的電容值進行優(yōu)化設計，使變換器工作在諧振狀態(tài)，為輸出側高壓二極管提供ZCS關斷條件。通過分析諧振正反激變換器工作原理，研究了變換器輸入-輸出電壓增益、諧振電容電壓以及復位電容電壓與占空比之間的關系；討論了功率開關管和輸出側高壓二極管的電壓電流應力及其軟開關條件；搭建了實驗電路并對所得出的結論進行了分析比較；探討了高階倍壓電路與諧振

7、正反激變換器的復合拓撲工作機理及特性。
　　最后，為提高高增益諧振正反激變換器輸出電壓對輸入電壓的響應速度，提出了一種大信號輸入電壓前饋的控制方法，設計了輸入電壓前饋控制電路。論文對高增益諧振正反激變換器主功率回路元件參數(shù)進行了設計；采用平均值等效電路法建立了諧振正反激變換器小信號模型，基于線性電路穩(wěn)定原則進行了控制環(huán)路的補償器設計。在此基礎上，以高增益諧振正反激變換器為例進行了電路閉環(huán)仿真設計與實驗樣機的研制，仿真數(shù)據(jù)以及實驗結