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高效率高功率密度AC/DC变换器研究

作　者: 柳绪丹
导　师: 胡长生；徐德鸿
学　校: 浙江大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 高效率高功率密度 Boost PFC AC/DC变换器 LLC 同步整流
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 257次
引　用: 2次
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内容摘要

随着信息通讯技术的发展,开关电源广泛的用于各个领域。由于能源危机和环境问题的日益严重,对开关电源的效率提出更高的要求,另一方面,电子设备的小型化要求减小开关电源体积,高效率、高功率密度成为开关电源发展的重要方向。本文以提高开关电源效率和功率密度为目标,着重针对PFC和DC/DC变换电路进行了研究。为了满足电能质量的要求,功率因数校正电路成为电源中必不可少的一部分。论文分析比较了多种Boost型PFC方案,包括传统CCM Boost PFC、无桥PFC、倍压PFC及低频PFC,在此基础上提出了一种新型的具有窗口控制和有源整流桥的PFC方案,并介绍了该PFC方案的主电路和控制电路设计方法,特别是窗口控制电路和有源整流桥驱动电路的设计。LLC谐振变换器可以在宽输入电压范围内实现原边开关管的ZVS开通,既可以工作在升压模式也可以工作在降压模式,有利于电源中保持时间的实现,同时实现额定输入电压时效率的优化,因此被选定为DC/DC级实现方案。本文介绍了LLC电路的工作原理及直流增益特性,探讨了LLC电路的谐振参数设计方法,研究了LLC小信号建模及闭环设计方法。论文在上述分析研究的的基础上,研制了一台500W实验样机,首先对PFC变换器和LLC变换器分别进行了实验测试,然后给出了两级电路联调的测试结果,验证了理论分析和设计的正确性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第1章绪论  9-19
  1.1 功率因数校正技术发展及现状  9-14
    1.1.1 功率因数校正实现方式  9-11
    1.1.2 有源功率因数校正电路的拓扑结构  11-12
    1.1.3 有源功率因数校正电路的控制策略  12-14
  1.2 谐振变换器发展及现状  14-17
  1.3 本文选题意义与研究内容  17-19
    1.3.1 本文选题意义  17
    1.3.2 课题研究内容  17-19
第2章功率因数校正方案的效率比较  19-52
  2.1 现有功率因数校正方案分析  19-34
    2.1.1 传统CCM Boost PFC分析  19-22
    2.1.2 无桥PFC分析  22-25
    2.1.3 倍压PFC分析  25-27
    2.1.4 低频PFC分析  27-34
  2.2 具有窗口控制及有源整流桥的PFC  34-40
    2.2.1 窗口控制技术原理  35-36
    2.2.2 窗口控制PFC中的电感选择  36-38
    2.2.3 窗口控制PFC中EMI干扰分析  38-39
    2.2.4 有源整流桥技术  39-40
  2.3 功率因数校正电路损耗分析  40-46
    2.3.1 整流桥损耗  41
    2.3.2 MOSFET损耗  41-44
    2.3.3 换流二极管损耗  44-45
    2.3.4 电感损耗  45-46
    2.3.5 其他损耗  46
  2.4 功率因数校正方案效率比较  46-51
    2.4.1 传统CCM Boost PFC损耗分析  46-47
    2.4.2 无桥PFC损耗分析  47-48
    2.4.3 倍压PFC损耗分析  48-49
    2.4.4 低频PFC损耗分析  49-50
    2.4.5 具有窗口控制及有源整流桥的PFC损耗分析  50-51
    2.4.6 PFC方案效率比较及方案确定  51
  2.5 本章小结  51-52
第3章功率因数校正电路设计  52-78
  3.1 功率因数校正电路总体方案  52-53
  3.2 主电路参数设计  53-58
    3.2.1 开关频率的选择  53-54
    3.2.2 输出电容选择  54-55
    3.2.3 PFC电感设计  55-57
    3.2.4 半导体开关管选择  57-58
  3.3 控制电路设计  58-71
    3.3.1 PFC控制芯片选择  58-60
    3.3.2 平均电流双闭环控制Boost PFC闭环设计  60-69
    3.3.3 有源整流桥驱动电路设计  69-70
    3.3.4 窗口控制电路设计  70-71
  3.4 样机测试结果及分析  71-77
    3.4.1 窗口控制测试  72-75
    3.4.2 有源整流桥测试  75-76
    3.4.3 效率比较  76-77
  3.5 本章小结  77-78
第4章 LLC谐振变换器设计及小信号建模  78-106
  4.1 LLC电路特性  78-81
    4.1.1 LLC电路结构  78-79
    4.1.2 直流增益特性分析  79-81
  4.2 LLC电路设计  81-86
    4.2.1 LLC谐振参数设计  81-85
    4.2.2 同步整流电路  85-86
  4.3 LLC小信号建模  86-98
    4.3.1 相量法原理  86-87
    4.3.2 基本电路元件模型  87-90
    4.3.3 LLC小信号模型  90-98
  4.4 LLC闭环设计  98-101
    4.4.1 LLC闭环结构  98-99
    4.4.2 压控振荡器传递函数  99
    4.4.3 补偿网络传递函数  99-100
    4.4.4 闭环设计结果及比较  100-101
  4.5 样机测试结果  101-103
  4.6 PFC+LLC测试结果  103-105
  4.7 本章小结  105-106
第5章总结与展望  106-108
  5.1 本文工作总结  106
  5.2 未来工作展望  106-108
参考文献  108-112
攻读硕士学位期间的成果  112-113
致谢  113

高效率高功率密度AC/DC变换器研究

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