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小功率直直变换器研究

作　者: 丁秀华
导　师: 龚春英
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电机与电器
关键词: 直直变换器平面变压器同步整流绕组交流损耗交叉换位准谐振 NCP1207
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 97次
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内容摘要

大规模集成电路的出现,促进了电子设备的高功率密度化。这要求为之供电的直直变换器也随之高功率密度化。高频、高效开关变换是直直变换器实现高功率密度的基础。鉴于此,本文重点围绕高效率高功率密度小功率直直变换器的开发,尤其对高频下减小平面变压器绕组交流损耗布置技术、低压大电流输出场合同步整流技术和准谐振软开关技术开展研究。一方面,磁性元件是决定变换器体积和重量的关键因素。提高工作频率,可以减少磁性元件的体积,但高频效应(包括集肤效应和邻近效应)使绕组损耗增加。本文以减少绕组损耗为出发点,基于平面磁性元件的一维模型,分析了利用原副边绕组交叉换位技术减小反激式平面变压器绕组交流损耗的原理,比较了不同工作模式(DCM,CCM)下绕组的交流损耗。通过Ansoft公司的Maxwell二维电磁场仿真软件进行了研究,并经过了实验验证。研究结果表明原副边绕组交叉换位结构可以显著减小多层并联绕组间的电流不均流程度,减小绕组损耗,提高变换器效率。另一方面,对于低压大电流输出的直直变换器,副边整流二极管的压降成为了制约提高这种电路效率的瓶颈,而低压大电流的MOSFET的导通电阻与肖特基二极管相比要低,故采用导通电阻低的MOSFET的同步整流技术得到了发展。同步整流技术的难点在于同步管的驱动设计。本文针对低压大电流输出的小功率直直变换器,围绕着变换器的效率问题,阐述了同步整流的原理和特点,并对现今同步整流驱动方案进行了比较,重点研究了电压型辅助绕组自驱动同步整流驱动方案和电流型能量回馈型同步整流驱动方案的工作原理和参数设计,成功地研制了一台210W基于电压型辅助绕组自驱动同步整流方案的双管反激直直变换器样机,较好地实现了高效率和高功率密度的要求。工作频率的不断提升,由于高频造成的开关管的开关损耗逐渐成了一个严重的问题。对此,电源设计领域出现了软开关技术,即零电压开关和零电流开关。本文针对准谐振软开关技术,研究了基于Onsemi公司NCP1207准谐振芯片的准谐振反激变换器,它的主要优点是利用开关管两端的电容与变压器原边的漏感产生的谐振,通过适当地控制实现了开关管在电压谷底时开通,减小了开关损耗,提高了变换器的效率。整个电路结构简单、满载效率高、空载损耗小。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-14
第一章绪论  14-24
  1.1 课题研究背景  14
  1.2 高压输入直直变换器基本拓扑分析  14-17
    1.2.1 反激电路  14-15
    1.2.2 正激电路  15-16
    1.2.3 半桥电路  16-17
    1.2.4 全桥电路  17
  1.3 高功率密度直直变换器国内外研究现状  17-22
  1.4 本课题的研究意义和研究内容  22-24
    1.4.1 本课题的研究意义  22
    1.4.2 本文的研究内容  22-24
第二章反激变换器的平面变压器绕组损耗的研究  24-39
  2.1 概念的引出  24-27
    2.1.1 Dowell 一维模型  24-26
    2.1.2 交叉换位技术减小绕组交流损耗和漏感的原理  26-27
  2.2 反激平面变压器绕组交流损耗的分析  27-34
    2.2.1 反激变换器绕组电流分布  27-30
    2.2.2 反激式变压器交流损耗分析  30-34
  2.3 样机设计和实验验证  34-38
  2.4 本章小结  38-39
第三章同步整流技术  39-54
  3.1 同步整流技术的基本原理  39-42
    3.1.1 二极管与同步整流管的比较  39-41
    3.1.2 同步整流器件的特点  41-42
  3.2 辅助绕组自驱动电压型同步整流驱动方案  42-44
    3.2.1 辅助绕组自驱动同步整流驱动基本原理  42
    3.2.2 关键电路参数设计  42-44
  3.3 能量回馈型电流型反激同步整流驱动方案  44-49
    3.3.1 能量回馈型电流型同步整流驱动方式  44-45
    3.3.2 工作模态分析及参数设计  45-48
    3.3.3 仿真分析  48-49
  3.4 样机设计和实验验证  49-52
  3.5 本章小结  52-54
第四章准谐振反激变换器的研究  54-65
  4.1 准谐振概念及工作原理  54-56
  4.2 准谐振芯片NCP1207 的介绍  56-58
    4.2.1 概述  56
    4.2.2 特性  56-57
    4.2.3 内部电路与引脚功能  57-58
  4.3 准谐振反激式DC/DC 变换器关键参数的设计  58-63
    4.3.1 工作频率的确定  59-60
    4.3.2 变压器设计  60-61
    4.3.3 初级电流检测电路  61-62
    4.3.4 去磁检测和过压保护  62
    4.3.5 反馈回路  62-63
  4.4 样机设计及实验验证  63-64
  4.5 本章小结  64-65
第五章总结与展望  65-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
在学期间的研究成果及发表的学术论文  71

小功率直直变换器研究

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