反激式变换器的设计南航硕士论文 a

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1、南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论电源是各种电子设备必不可少的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源，由于开关电源在体积、重量、用铜用铁及能耗等方面都比线性电源有显著减少，而且对整机多项指标有良好影响，因此它广泛应用于邮电通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等领域，正朝高功率密度、高变换效率、高可靠性、无污染的方向发展。所以寻求高性能的开关电源是电力电子技术重要的研究内容。DC/DC变换器可分为两类：①非电气隔离型DC/DC变

2、换器，包括Buck变换器、Boost变换器、Buck-Boost变换器、丘克（C'UK）变换器，这类变换器适用于升降范围窄、输入输出间无须电气隔离的场合；②电气隔离型DC/DC变换器，包括反激、正激、推挽、半桥及全桥变换器，这类变换器适用于升降范围宽、输入输出间需要电气隔离的场合。由于反激变换器具有高可靠性、电路拓扑简洁、输入输出电气隔离、升/降范围宽、易于多路输出等优点。因此，反激变换器是中小功率开关电源理想的电路拓扑。1.1反激变换器的发展与现状反激变换器中隔离变压器起着电感和变压器的双重作用，变压器磁芯处于直流偏磁状

3、态，为防止磁芯饱和，需要较大气隙，因此漏感较大，电感值相对较低。当功率开关关断时，由漏感储能引起的电流突变引起很高的关断电压尖峰，功率管导通时，电感电流变化率大，电流峰值大，CCM模式整流二极管反向恢复引起功率开关管开通时高的电流尖峰。因此，必须用箝位电路来限制反激变换器功率开关电压、电流应力。电力电子技术研究人员对此进行了大量的研究。目前反激变换器的箝位电路主要有：有损RCD箝位电路，双晶体管、双二极管箝位电路，LCD箝位电路和有源箝位电路。1.1.1有损RCD箝位电路RCD箝位电路是加在变压器原边两端，而加在开关管两端

4、的称为RCD缓冲，两者可以组合使用。TD1TD1++RCN1N2CfRLN1N2CfRLDUCCUCin1in1SSRD−−图1-1RCD箝位电路图1-2RCD缓冲电路1反激变换器的应用研究该电路的优点是：电路拓扑简单，电路实现容易。该电路的缺点是：漏感能量消耗在电阻R上，变换效率较低。1.1.2双晶体管、双二极管箝位电路该电路的优点是：由于每个功率开关管上施加的电压幅值不超过输入电压U，in适合于高输入电压场合。该电路的缺点是：需多用三只器件，且占空比D＜0.5。TD3++NNCRS1D1D12fLLlk3D1CL2lk

5、UinC1N1N2CfRLUinC1D2SS2D−2L−图1-3双晶体管、双二极管箝位电路图1-4LCD箝位电路1.1.3LCD箝位电路如图1-4所示该箝位电路有两只箝位二极管D、D，一个箝位电感L和一个箝12位电容C组成，由于箝位电路中不存在电阻，因此该电路是无损的。2该电路的优点是：变压器漏感能量无损地回馈到电网中去。该电路的缺点是：高频时箝位元件在谐振时峰值电流较大，这个电流流过功率开关管S，增加了其电流定额和通态损耗。同时，开关管是硬开通，存在开通损耗，一般使用于开关频率低于几十kHz场合，以保证高变换效率。1.1

6、.4有源箝位电路该箝位电路是由有源箝位开关SLlkDC+和箝位电容C串联组成，并联在变压CcN1N2CfRLC器原边绕组两端。一方面对电压尖峰进UinCS1c行箝位，另一方面通过谐振，可以为主S功率管S创造零电压开通条件。−该电路的优点是：有效地降低了主图1-5有源箝位电路开关管S在关断时过高的电压应力，同时又为主功率开关管和有源箝位开关管提供了零电压开通环境；在一定程度上降低了2南京航空航天大学硕士学位论文副边整流二极管关断时的di/dt。该电路的缺点是：电路较复杂；零电压开关条件与电路参数、输入输出条件等太多的条件有关

7、，实现有一定的困难。根据课题任务需要，本文主要研究小功率（15W）低压输入（27VDC）机内稳压电源和中等功率（1080W）高压输入（270VDC）开关电源。综合比较上述各种反激变换器箝位电路，本文选定RCD箝位反激变换器作为小功率机内稳压电源，双管反激变换器作为中等功率开关电源的电路方案。1.2课题意义与主要研究内容1.2.1课题的研究意义课题研究意义：①通过对RCD箝位和双管箝位反激变换器的深入研究，旨在做出高功率密度、高变换效率和高可靠性的开关电源，并为拓宽反激变换器的应用提供技术基础。②通过对电流控制技术的研究，提

8、高系统的稳态和动态性能，增加系统可靠性。1.2.2本文主要研究内容本文重点研究了RCD箝位反激变换器稳态原理、参数设计准则及小信号特性，其次研究了双管反激变换器稳态原理及其参数设计方法，还研究了电流控制技术。其主要内容分为以下六章：第一章分析了中小功率开关电源的理想拓扑，概述了反激变换器发展与现状。第二