数字化移相全桥DC-DC变换器设计

第1章绪论 (1)

1.1 课题的选题背景 (1)

1.1.1 DC-DC变换器的发展历程 (1)

1.1.2 PSFB DC-DC变换器的提出 (3)

1.2 PSFB DC-DC变换器发展现状与趋势 (4)

1.3 本文的主要研究内容和目标 (5)

第2章 ZVS PSFB DC-DC变换器电路分析 (9)

2.1 引言 (9)

2.2 PSFB DC-DC变换器工作原理分析 (9)

2.3 PSFB ZVS DC-DC变换器常见的技术问题 (19)

2.3.1 滞后桥臂较难实现ZVS (19)

2.3.2 变压器副边占空比的丢失 (20)

2.4 PSFB DC-DC变换器实现ZVS的条件 (21)

2.5 本章小结 (23)

第3章基于UCD3138的数字化PSFB DC-DC变换器设计 (25)

3.1 引言 (25)

3.2 数控芯片UCD3138简介 (25)

3.3 功率电路的元器件选型 (27)

3.3.1 变压器原边与副边匝比的计算 (27)

3.3.2 功率开关管的设计 (27)

3.3.3 谐振电感与电容的计算 (28)

3.3.4 输出滤波电感的设计 (29)

3.3.5 输出电容的计算 (29)

3.3.6 同步整流管的选择 (29)

3.4 主功率变压器的设计 (30)

3.4.1 变压器磁芯的选择 (30)

华侨大学硕士学位论文

3.4.2 变压器原边绕组的设计 (33)

3.4.3 变压器副边绕组的设计 (35)

3.5 本章小结 (38)

第4章基于Saber的PSFB DC-DC变换器仿真 (41)

4.1 引言 (41)

4.2 Saber简介 (41)

4.3 电路仿真模型的搭建 (42)

4.4 基于Saber的仿真结果分析 (42)

4.4.1 驱动电路信号波形 (43)

4.4.2 零电压开关实现波形 (44)

4.4.3 原边电压和电流波形 (46)

4.4.4 输入、输出电压波形 (50)

4.5 本章小结 (51)

第5章实验结果分析 (53)

5.1 引言 (53)

5.2 实验波形分析 (53)

5.2.1 驱动波形 (55)

5.2.2 主电路波形 (56)

5.2.3 效率波形图 (62)

5.3 本章小结 (62)

第6章总结与展望 (65)

6.1 本文主要工作总结 (65)

6.2 展望 (66)

参考文献 (67)

致谢 (73)

个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果 (75)

第1章绪论

1.1 课题的选题背景

1.1.1 DC-DC变换器的发展历程

在过去几十年里，自然资源枯竭的现象日益受到重视[1]，用电设备的能耗指标也有了新的提升[2-4]。电源是能量供给的保证，随着社会和新技术的不断发展，电子产品自身功能变得日益复杂与完善，开关电源的应用范围日益广泛，同时对变换器技术性能和工作效率的要求也随之提高[5; 6]。开关电源，顾名思义，就是利用现代电力电子技术，通过控制电路，使电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅整流管等）高频地开通和关断，并结合辅助滤波电路等实现电能的转换的装置，根据转换电能形式的不同，电力变换通常分为AC-DC变换器、DC-DC变换器、DC-AC变换器、AC-AC变换器。

作为电力电子学的重要分支，相较于传统的线性电源，开关电源的效率大于80%，比线性电源的高很多，它有着效率高、功耗低、体积小、重量小等优点，被誉为高效节能型电源，已广泛用于自动化控制的各行业的电气设备中[7]。

DC-DC变换器作为开关电源的核心部分，它的基本工作原理是：控制通/断时间比可变的电子开关元件，将直流电能变换为脉冲状交流电能，然后通过储能元件或变压器对脉冲交流电能的幅度按人们的要求做必要的变换，再经过整流和滤波，转换成满足要求的直流电压。根据输入和输出间有无隔离，DC-DC 变换器分为直接直流变流电路和间接直流变流电路：前者又称为斩波电路，包括Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic和Zeta及其复合斩波电路等；后者的电路加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，包括正激、反激、半桥、全桥和推挽[8]。

电子技术的快速前进使得对电源系统性能的要求逐渐提升。由于具有体积小、效率高、动态响应好、应用范围广等十分突出的优点，开关电源应用行业广泛，既包括工业设备领域的电镀、励磁等行业，也包括民用领域的各种电气设备，它们的共同点是大功率、大电流，大电流意味着严重的设备损耗问题，故提升效率成为此类变换器的技术难点。因此数字化和软开关技术应运而生，