超高频sepic dc-dc变换器的研究

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1、中图分类号：TM461论文编号：102870315-S107学科分类号：080804硕士学位论文超高频SEPICDC-DC变换器的研究研究生姓名林婧雅学科、专业电力电子与电力传动研究方向功率变换技术指导教师张之梁教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二〇一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonAVeryHighFrequencySEPICDC-DCConverterAThesisinElectricalE

2、ngineeringbyJingyaLinAdvisedbyProf.ZhiliangZhangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据

3、库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要现代电力电子应用要求功率变换器具有高功率密度、高效率和快速的动态响应。提高频率能够有效减少电感和电容等被动元件的储能要求，提升电路动态响应速度，减小变换器体积和重量，提高变换器的功率密度。目前，开关频率达到超高频（30MHz-300MHz）的功率变换系统已成为国际上小功率电力电子变换器的研究热点。因此本课题开展了对超高频DC-DC功率变换器的研究。本文的研究内容为超高频SEPIC谐振变换器。首先对比了超高频SEPIC谐振变换器和传统SEPIC变换器的电路

4、拓扑，介绍了电路的特点及采用的分析和设计方法。其次介绍了传统设计方法及其中存在的问题。在传统设计方法中，设计整流单元时，无法实现基波输入电压和电流相位和幅值的解耦；在设计逆变单元时，谐振网络为高阶网络，设计过程较为复杂。为了解决传统设计方法中存在的问题，本文提出了一种解耦的设计方法。所提设计方法将电路拓扑重新划分，利用对偶思想修正了整流单元的电路拓扑。所提设计方法在设计整流单元时实现了设计功率因数和输出功率的解耦，在设计逆变单元时降低了谐振网络的阶数，简化了设计过程。然后介绍了电路的谐振驱动和滞环控制方案，并给出相应的设计方法。此外，分析了该变换器的损耗分布情况，发现电感损耗

5、为主导损耗。为了进一步减小电感的损耗和体积大小，本文提出了一种多层螺旋管型PCB嵌入式电感结构。该结构的电感具有较大的有效截面积，可以有效减小交流阻抗和损耗，进一步提高变换器的功率密度和效率。本课题研制了两台原理样机。一台样机为15V输入、28V/14W输出的30MHzSEPIC变换器，它采用分立空心电感，实验结果与仿真波形一致，验证了所提设计方法的可行性。另一台为15V输入、28V/25W输出的30MHz实验样机，实验结果和理论分析一致，验证了所提四层螺旋管式PCB电感结构的可行性，进一步提高了变换器的功率密度和效率。VHFSEPIC谐振变换器实验样机主电路部分的功率密度超

6、过200W/inch3，满载效率达到82%。关键词：超高频，谐振变换器，SEPIC，设计方法，PCB电感IABSTRACTModernpowerelectronicsapplicationsexpectthepowerconverterstoachieveextremelyhighpowerdensity,highefficiencyandfasttransientresponse.Increasingtheswitchingfrequencyisaneffectivewaytoreducetheenergystoragerequirementsofthepassivecom

7、ponents,suchasinductorsandcapacitors,improvethetransientresponse,shrinkthesizeandweightandincreasethepowerdensityoftheconverter.Therefore,theconverterwiththeveryhighswitchingfrequency(30MHz~300MHz)hasbeenaninternationalhotspotofthelowpowerconverters.Unde