高效率雙管正激變換器研究開題報(bào)告

1、高效率雙管正激變換器的研究,學(xué)生：吳瓊指導(dǎo)老師：熊蕊,課題來源、意義、目的、國(guó)內(nèi)外概況與預(yù)測(cè),如何提高效率一直是電力電子領(lǐng)域最為重要的研究方向，而且必將成為未來該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，并在某種程度上決定電力電子技術(shù)未來的興衰命運(yùn)。DC/DC變換技術(shù)一直是開關(guān)電源技術(shù)的重點(diǎn)，也是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。DC/DC變換是開關(guān)電源的基本單元，DC/DC變換技術(shù)的發(fā)展伴隨著開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展，也是發(fā)展最快的電源變換技術(shù)之一。所以，研究高效

2、率DC/DC變換器對(duì)電力電子技術(shù)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、輸出電流大、工作可靠性高等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于中小功率變換場(chǎng)合，更成為低壓大電流功率變換器的首選拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但由于主開關(guān)管電壓應(yīng)力較大而不適合輸入電壓高的場(chǎng)合。傳統(tǒng)雙管正激變換電路使得正激電路的主開關(guān)電壓應(yīng)力減小了一半左右，但是受復(fù)位機(jī)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(chǎng)合。且開關(guān)管

3、工作在硬開關(guān)狀態(tài)下，開關(guān)損耗大，在不斷追求高頻化的今天，顯得不合時(shí)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(guó)內(nèi)外概況與預(yù)測(cè),,輔助繞組復(fù)位,RCD鉗位復(fù)位,LCD鉗位復(fù)位,諧振復(fù)位,有源鉗位復(fù)位,,,正激復(fù)位方式的研究,輔助繞組復(fù)位正激變換器,,,一次繞組 二次繞組 去磁繞組,優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)

4、了變壓器磁化能量無損地回饋到電網(wǎng)中去 缺點(diǎn)：①功率開關(guān)承受兩倍的電源電壓應(yīng)力;②占空比<0.5,不適合寬輸入電源電壓場(chǎng)合；③復(fù)位繞組使變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜化;④需加緩沖網(wǎng)絡(luò)抑制變壓器漏感引起的功率開關(guān)關(guān)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(diǎn)：采用鉗位的磁復(fù)位方式的單端正激變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，占空比大于0.5，主開關(guān)管的電壓應(yīng)力較低，不需要輔助開關(guān)管。缺點(diǎn)：由于在復(fù)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(duì)效率要求不高或?qū)Τ杀疽髧?yán)格的電源中，通常應(yīng)用鉗位的變換器。,LCD鉗位正激變換器,,構(gòu)成無損緩沖復(fù)位電路,優(yōu)點(diǎn)：無損LCD緩沖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(diǎn)：開關(guān)頻率大于30kHz時(shí)便暴露出其缺點(diǎn),其原因是過大的諧振電流增加了功率開關(guān)導(dǎo)通損耗。,諧振復(fù)位正激變換器,,變壓器勵(lì)磁電感開關(guān)管寄生電容,優(yōu)點(diǎn)：不需要任何附加的

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

7、#160;變壓器磁心可靠自動(dòng)磁復(fù)位，無須另加復(fù)位措施；（4） 變壓器勵(lì)磁電流可沿正負(fù)方向流動(dòng)，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(fù)位時(shí)間更短，電壓利用率更高，主開關(guān)管電壓應(yīng)力更小。缺點(diǎn)：增加了變換器設(shè)計(jì)難度與成本,有源鉗位雙管正激變換器,通過對(duì)以上單管正激電路的復(fù)位方式的比較，有源鉗位技術(shù)有

8、著其明顯的優(yōu)越性，將這種十分成熟的復(fù)位技術(shù)應(yīng)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(jié)合了有源鉗位技術(shù)和雙管正激的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了最大工作占空比能夠大于0.5的優(yōu)點(diǎn)，而且功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力較小。,預(yù)計(jì)達(dá)到的要求及技術(shù)指標(biāo),輸入電源：300±50 V輸出電壓：24V輸出電流：10A開關(guān)頻率：100kHz效率：85％ 以上,預(yù)計(jì)技術(shù)關(guān)鍵和技術(shù)方案和主要實(shí)驗(yàn)研究,階段一：能

9、量傳遞 主開關(guān)管導(dǎo)通（由后面的分析可知，此時(shí)主開關(guān)管的體二極管導(dǎo)通，因此為ZV開通），鉗位開關(guān)管關(guān)斷，能量從輸入端傳送到輸出端。 階段二：諧振 主開關(guān)管關(guān)斷（其結(jié)電容電壓為零，為軟關(guān)斷），兩個(gè)主開關(guān)管的結(jié)電容與變壓器勵(lì)磁電感諧振，電容電壓上升至 ，勵(lì)磁電流達(dá)到最大正值，之后，勵(lì)磁電流開始下降，繼續(xù)對(duì)兩個(gè)主開關(guān)管結(jié)電容充點(diǎn)，變壓器兩端電壓反向。,階段三：鉗位當(dāng)結(jié)電容電壓上升到時(shí) ，鉗位開關(guān)管的體二極管導(dǎo)通，

10、此時(shí)使鉗位開關(guān)管開通即為ZV開通，勵(lì)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(guān)管關(guān)斷，主開關(guān)管結(jié)電容與變壓器勵(lì)磁電感再次諧振，電容電壓下降，當(dāng)下降至 ，勵(lì)磁電流達(dá)到反向最大，結(jié)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(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通，磁化能量可能被轉(zhuǎn)移輸出，但由于變壓器漏感可有效延滯該轉(zhuǎn)移，結(jié)電容電壓可被瀉放至零，此后，主開關(guān)管體二極管導(dǎo)通為反向的勵(lì)磁電流提供回路，并等待主開關(guān)管重新

11、導(dǎo)通。,,,(1)占空比的確定 輸入輸出關(guān)系：鉗位電容電壓：主開關(guān)管上承受的電壓應(yīng)力為：為了保證輸入電壓最大和最小時(shí)，主開關(guān)管上承受的應(yīng)力相等，可得,,,,,,又因?yàn)椋壕C上可得：,,,,,,,,,,,,（2）ZVS開關(guān)頻率提高后，可以減小變壓器及濾波電路的體積，但同時(shí)也會(huì)帶來大的開關(guān)損耗，有源鉗位突出的一點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，是能夠?qū)崿F(xiàn)主開關(guān)管和鉗位開關(guān)管的零電壓開通。首先，合適的鉗位電容和變壓器一次側(cè)電感參數(shù)，是實(shí)現(xiàn)ZV

12、S的一步，變壓器一次側(cè)電感對(duì)零壓軟開關(guān)范圍影響很大,太小則不能實(shí)現(xiàn)小電流時(shí)的軟開關(guān),太大則影響最大輸出功率,因此應(yīng)根據(jù)輸出電流調(diào)節(jié)范圍選擇恰當(dāng)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(dāng)一次測(cè)電感和鉗位電容參數(shù)確定后，欲使得主開關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS導(dǎo)通，還應(yīng)合理設(shè)計(jì)階段四中鉗位開關(guān)管關(guān)斷至主開關(guān)管開通的延遲時(shí)間。當(dāng)鉗位開關(guān)管關(guān)斷后，激磁電感與結(jié)電容，進(jìn)行諧振，延遲時(shí)間必須大于1/4個(gè)諧振周期，這樣結(jié)電容上的電壓才

13、會(huì)諧振至零,即,,,,另一方面，階段二中，合適的選擇從主開關(guān)管關(guān)斷至鉗位開關(guān)管開通的延遲時(shí)間 ，可以使得鉗位開關(guān)管也實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通， 的范圍比較寬,確定起來也就比較簡(jiǎn)單,只要保證在主開關(guān)管關(guān)斷后結(jié)電容充電到鉗位電壓使鉗位開關(guān)管導(dǎo)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(jí)管的導(dǎo)通壓降，采用肖特級(jí)二極管（SBD），如果為了進(jìn)一步提高效率，也可采用自驅(qū)動(dòng)式同