高效率雙管正激變換器研究開題報告

1、高效率雙管正激變換器的研究,學生：吳瓊指導老師：熊蕊,課題來源、意義、目的、國內外概況與預測,如何提高效率一直是電力電子領域最為重要的研究方向，而且必將成為未來該領域研究熱點，并在某種程度上決定電力電子技術未來的興衰命運。DC/DC變換技術一直是開關電源技術的重點，也是開關電源技術發(fā)展的基礎。DC/DC變換是開關電源的基本單元，DC/DC變換技術的發(fā)展伴隨著開關電源技術發(fā)展，也是發(fā)展最快的電源變換技術之一。所以，研究高效

2、率DC/DC變換器對電力電子技術的發(fā)展具有重要意義。,在各種隔離式DC/DC變換器中,單管正激變換器由于具有電路結構簡單、成本較低、輸出電流大、工作可靠性高等優(yōu)點而廣泛應用于中小功率變換場合，更成為低壓大電流功率變換器的首選拓撲結構。但由于主開關管電壓應力較大而不適合輸入電壓高的場合。傳統(tǒng)雙管正激變換電路使得正激電路的主開關電壓應力減小了一半左右，但是受復位機制的限制，它的工作占空比只能小于0.5，不適合電壓范圍較寬的場合。且開關管

3、工作在硬開關狀態(tài)下，開關損耗大，在不斷追求高頻化的今天，顯得不合時宜。本著最大可能提高電路效率的原則，本文著重研究了一種高效率雙管正激變換器。,課題來源、意義、目的、國內外概況與預測,,輔助繞組復位,RCD鉗位復位,LCD鉗位復位,諧振復位,有源鉗位復位,,,正激復位方式的研究,輔助繞組復位正激變換器,,,一次繞組 二次繞組 去磁繞組,優(yōu)點：實現(xiàn)

4、了變壓器磁化能量無損地回饋到電網(wǎng)中去 缺點：①功率開關承受兩倍的電源電壓應力;②占空比<0.5,不適合寬輸入電源電壓場合；③復位繞組使變壓器結構復雜化;④需加緩沖網(wǎng)絡抑制變壓器漏感引起的功率開關關斷電壓尖峰。,RCD鉗位正激變換器,,鉗位二極管鉗位電容鉗位電阻,,,,優(yōu)點：采用鉗位的磁復位方式的單端正激變換器結構簡單，成本低廉，占空比大于0.5，主開關管的電壓應力較低，不需要輔助開關管。缺點：由于在復位

5、電路中的鉗位電阻消耗能量，使得變換效率變得很低。在一些對效率要求不高或對成本要求嚴格的電源中，通常應用鉗位的變換器。,LCD鉗位正激變換器,,構成無損緩沖復位電路,優(yōu)點：無損LCD緩沖網(wǎng)絡技術可將磁化能量和漏感能量返回到電網(wǎng)中,保證了變換器高效率 。缺點：開關頻率大于30kHz時便暴露出其缺點,其原因是過大的諧振電流增加了功率開關導通損耗。,諧振復位正激變換器,,變壓器勵磁電感開關管寄生電容,優(yōu)點：不需要任何附加的

6、磁復位元件，而是直接通過勵磁電感和主開關管的寄生電容就可以實現(xiàn)變壓器復位， 變壓器勵磁電流可沿正負方向流動提高了磁心利用率，同時其工作的最大占空比可以大于0.5 。 缺點：主開關管承受電壓應力較高。,有源鉗位正激變換器,,鉗位開關管鉗位電容,優(yōu)點：（1） 主開關和鉗位開關均可實現(xiàn)零電壓開通；（2） 主開關電壓被鉗住，一周期內小于或等于電源電壓與鉗位電容電壓之和，減小了電壓應力；（3）&

7、#160;變壓器磁心可靠自動磁復位，無須另加復位措施；（4） 變壓器勵磁電流可沿正負方向流動，磁心工作于磁化曲線第一和第三象限，提高了磁心利用率；（5） 占空比可大于0.5。,和其他無源鉗位（RCD鉗位或諧振鉗位）正激變換器相比，復位時間更短，電壓利用率更高，主開關管電壓應力更小。缺點：增加了變換器設計難度與成本,有源鉗位雙管正激變換器,通過對以上單管正激電路的復位方式的比較，有源鉗位技術有

8、著其明顯的優(yōu)越性，將這種十分成熟的復位技術應用到傳統(tǒng)雙管正激電路中，即演變出一種寬范圍雙管變換電路，稱之為有源鉗位雙管正激變換電路。該電路結合了有源鉗位技術和雙管正激的優(yōu)點，實現(xiàn)了最大工作占空比能夠大于0.5的優(yōu)點，而且功率開關管的電壓應力較小。,預計達到的要求及技術指標,輸入電源：300±50 V輸出電壓：24V輸出電流：10A開關頻率：100kHz效率：85％ 以上,預計技術關鍵和技術方案和主要實驗研究,階段一：能

9、量傳遞 主開關管導通（由后面的分析可知，此時主開關管的體二極管導通，因此為ZV開通），鉗位開關管關斷，能量從輸入端傳送到輸出端。 階段二：諧振 主開關管關斷（其結電容電壓為零，為軟關斷），兩個主開關管的結電容與變壓器勵磁電感諧振，電容電壓上升至 ，勵磁電流達到最大正值，之后，勵磁電流開始下降，繼續(xù)對兩個主開關管結電容充點，變壓器兩端電壓反向。,階段三：鉗位當結電容電壓上升到時 ，鉗位開關管的體二極管導通，

10、此時使鉗位開關管開通即為ZV開通，勵磁電流逐漸減小到零后，開始反向變大。 階段四：諧振鉗位開關管關斷，主開關管結電容與變壓器勵磁電感再次諧振，電容電壓下降，當下降至 ，勵磁電流達到反向最大，結電容電壓繼續(xù)下降，變壓器原邊繞組存在正偏電壓，使副邊兩個二極管同時導通，磁化能量可能被轉移輸出，但由于變壓器漏感可有效延滯該轉移，結電容電壓可被瀉放至零，此后，主開關管體二極管導通為反向的勵磁電流提供回路，并等待主開關管重新

11、導通。,,,(1)占空比的確定 輸入輸出關系：鉗位電容電壓：主開關管上承受的電壓應力為：為了保證輸入電壓最大和最小時，主開關管上承受的應力相等，可得,,,,,,又因為：綜上可得：,,,,,,,,,,,,（2）ZVS開關頻率提高后，可以減小變壓器及濾波電路的體積，但同時也會帶來大的開關損耗，有源鉗位突出的一點優(yōu)勢，是能夠實現(xiàn)主開關管和鉗位開關管的零電壓開通。首先，合適的鉗位電容和變壓器一次側電感參數(shù)，是實現(xiàn)ZV

12、S的一步，變壓器一次側電感對零壓軟開關范圍影響很大,太小則不能實現(xiàn)小電流時的軟開關,太大則影響最大輸出功率,因此應根據(jù)輸出電流調節(jié)范圍選擇恰當值；,其次，根據(jù)有源鉗位正激變換器的工作原理可以知道，當一次測電感和鉗位電容參數(shù)確定后，欲使得主開關管實現(xiàn)ZVS導通，還應合理設計階段四中鉗位開關管關斷至主開關管開通的延遲時間。當鉗位開關管關斷后，激磁電感與結電容，進行諧振，延遲時間必須大于1/4個諧振周期，這樣結電容上的電壓才

13、會諧振至零,即,,,,另一方面，階段二中，合適的選擇從主開關管關斷至鉗位開關管開通的延遲時間 ，可以使得鉗位開關管也實現(xiàn)零電壓導通， 的范圍比較寬,確定起來也就比較簡單,只要保證在主開關管關斷后結電容充電到鉗位電壓使鉗位開關管導通即可。 （3）     副邊整流續(xù)流二極管為了減小副邊整流續(xù)流二級管的導通壓降，采用肖特級二極管（SBD），如果為了進一步提高效率，也可采用自驅動式同