多模式pwm反激式变换器的设计

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1、浙江大学硕士学位论文1．2国内外研究历程、现状和发展方向1．2．1历程随着许多电器具尺寸不断减小，供电电源所占尺寸变的大得多，人们在降低开关电源的体积、重量方面做了不少工作。上世纪60年代，开关电源的问世，使其逐步取代了线性稳压电源和SCR相控电源。40多年来，开关电源技术有了飞速发展和变化，经历了功率半导体器件、高频化和软开关技术、开关电源系统的集成技术三个发展阶段。功率半导体器件从双极型器件(BPT、SCR、GTo)发展为MOS型器件(功率MOSFET、IGBT、IGCT等)，使电力电子系统有可能实现

2、高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。自上世纪80年代开始，高频化和软开关技术的开发研究，使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。上世纪90年代中期，集成电力电子系统和集成电力电子模块(IPEM)技术开始发展，它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。1．2．2研究现状对于开关电源主电路拓扑研究已经比较成熟，按照转换类型可以分为：AC--DC(整流)，DC--AC(逆变)，AC．AC(变压)，DC--DC(直流一直流变换)。开关电源主

3、要组成部分是DC--DC变换器，因为它是转换的核心，涉及频率变换【5】。目前，推动开关电源发展的主要技术有：功率半导体器件；软开关技术；控制技术：有源功率因数校正技术；高频磁元件：饱和电感的应用；分布电源；电源智能化技术；开关电源的EMI和EMC。1．2．3发展趋势(1)高频化技术：随着开关频率的提高，开关变换器的体积也随之减小，功率密度也得到大幅提升，动态响应得到改善。小功率DC．一DC变换器的开关频率将上升到MHz。但随着开关频率的不断提高，开关元件和无源元件损耗的增加、高频寄生参数以及高频EMI等新

4、的问题也将随之产生。2浙江大学硕士学位论文(2)软开关技术为提高变换器的变换效率，各种软开关技术应用而生，具有代表性的是无源软开关技术和有源软开关技术，主要包括零电压开关／零电流开关(zvs／zcs)谐振、准谐振、零电压／零电流脉宽调制技术(zvs／ZCS--PWM)以及零电压过渡／零电流过渡脉宽调带IJ(ZVT／ZCT--PWM)技术等。采用软开关技术可以有效的降低开关损耗和开关应力，有助于变换器变换效率的提高。(3)功率因数校正技术(PFC)-目前PFC技术主要分为有源PFC技术和无源PFC技术两大类

5、，采用PFC技术可以提高AC哪变化器输入端功率因数，减少对电网的谐波污染。(4)模块化技术：采用模块化技术可以满足分布式电源系统的需要，提高系统的可靠性。(5)低输出电压技术：随着半导体制造技术的不断发展，微处理器和便携式电子设备的工作越来越低，这就要求未来的DC—．DC变换器能够提供低输出电压以适应微处理器和便携式电子设备的供电要求。(6)分布电源技术：它是通过26㈨25V／48VDC．DC变换器和48V母线电压，供电给负载板，再通过板上若干个并联的薄形DC．DC变换器，将48V变换为负载过需要的3～5

6、V。一般，DC．DC变换器的功率密度达到100W／in3，效率为90％，并且应当是可并联的。分布电源系统的优点是：可降低48V母线上的电流和电压降；容易实现N+I的冗余，提高了系统的可靠性；易于扩增负载容量；散热好等等。(7)开关电源的EMI和EMC：国外国内均开展了开关电源的EMI和EMC问题研究，并取得了不好可喜成果。1．3本设计研究的内容及意义本文研究了反激式DC--DC变换器的工作原理，并对其损耗机制进行了分析。确定了系统的工作方式，并用对环路进行了建模，并用PI补偿器进行了频率补偿。最后进行了电

7、路模块的设计，其中包括：谷底检测模块，UVLO模块，软启动，数字逻辑，峰值电流比较器等。芯片流片回来的测试结果表明各个模块工作正常，系统工作方式正确。在宽的负载范围内提高开关电源的频率是当前研究的热点，多模式在这一方浙江大学硕士学位论文面具有很大的优势。本设计针对不同的负载条件定制了不同的工作模式，综合软开关和硬开关在不同负载条件下的优点，实现了转换效率的最大化。并且综合反馈控制和前馈控制的有点，使输出电压的稳定性和精确性有了很大的提高。4浙江大学硕士学位论文第二章系统设计201单端反激式变换器的工作原理

8、反激式变换器的主电路拓扑结构如图2．1(a)所示。其变压器Tl起隔离和传递储存能量的作用，即在开关管Q开通时Np储存能量，开关管Q关断时Np向Ns释放能量。在输出端要加由电感器Lo和两Co电容组成一个低通滤波器，变压器初级需有Cr、附和Dr组成的RCD漏感尖峰吸收电路。输出回路需有一个整流二极管D1。由于其变压器使用有气隙的磁芯，故其铜损较大，变压器温相对较高。并且其输出的纹波电压比较大。但其优点就是电路结构简单，适用于200