双模式控制的全桥组合DC/DC变换技术研究

发布时间：2021-09-11 10:57

　　全桥变换器是中大功率应用场合广泛采用的拓扑,为了减小开关损耗以提升变换器效率,多种形式的辅助电路引入全桥变换器实现了功率器件的零电压、零电流开关。然而,额外电路的加入将降低变换器的可靠性,影响变换器功率密度提升。研究如何在不影响可靠性的基础上提升变换器效率,将在学术及工程应用上具有重要意义。本文围绕输入并联输出串联型组合式全桥变换器,首先阐述了不同控制方式下全桥变换器的工作原理和控制技术,重点分析了在不同控制方式下的拓扑损耗及变换器效率,继而给出了一种全负载范围内进行效率优化的控制策略,并完成了高功率密度要求下的散热设计。针对应用需求,结合输入并联输出串联型的隔离全桥DC/DC变换拓扑结构,分析了全桥变换器分别在移相（Phase Shift）控制和占空比（PWM）控制下的工作原理,在此基础上分析了原边开关管、副边整流二极管的开关损耗和导通损耗情况,引入在轻载下采用占空比控制,重载下采用移相控制方式的双模式控制切换思路。根据应用场合的功能要求和性能指标,对全桥DC/DC主电路的参数进行了设计,给出了关键器件的设计流程和参数值,其中包括:输入滤波电容、隔直电容、功率开关管MOSFET、高频... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

移相控制方式下损耗分布

输出功率／Ｗ??图２．１６占空比控制方式下损耗分布??进一步地，由损耗结果画出两种控制方式下不同功率点的效率，如图２．１７所示。??效率巧ｆ?移相控制?占空比控制??－?Ｊ?｝?］?？?＾?．访??０．９５?—?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??０．９４５??一?Ｉ?■八?ＩＶ＇???６?ｎ－＾－％?ｊ??０．９４?－?／ｊｘ？?ｉ?ｉ?Ｉ??０．９３?－?ｙ／ｉ?ｉ?Ｉ?ｉ?ｉ??０．９２５?－……／－－ｆ?ｊ?！?ｉ?＂?．．．ｉ??０．９２?－?［?Ｉ?ｊ?ｉ?ｉ?ｊ??０．９１５?ｈ?ｊ?ｉ?ｊ?ｉ?＼ａｍ／＼ｖ??０?２０００?４０００?６０００?８０００?１００００??图２．１７计算效率对比??由图２．１７可看出，在轻载时，占空比控制方式效率比移相控制方式高，重载时移相控??制方式效率比占空比方式高。这是因为在轻载时，占空比控制方式的开关管开逝关断时，??漏源极电压只有输入电压的一半，开关损耗小于移相控制方式，而巫截时，由于移相控制??方式实现了软开关，其损耗将会大大减小，更具有效率优势。??２．４双模式捏制策略??由前文分析可知，变换器在轻载工况下，占空比控制方式效率高，而重戳时由于移相??控制方式具有软开关特性，具有效率优势。综合两种控制方式的优势，本文采巧一种结合??两种控制方式的双模式控制策略，双模式控制的切换框图如图２．１８所示。??３１??

１０００?２０００?３０００?４０００?５０００?６０００?７０００?８０００??输出功率／Ｗ??图２．１６占空比控制方式下损耗分布??进一步地，由损耗结果画出两种控制方式下不同功率点的效率，如图２．１７所示。??效率巧ｆ?移相控制?占空比控制??－?Ｊ?｝?］?？?＾?．访??０．９５?—?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??０．９４５??一?Ｉ?■八?ＩＶ＇???６?ｎ－＾－％?ｊ??０．９４?－?／ｊｘ？?ｉ?ｉ?Ｉ??０．９３?－?ｙ／ｉ?ｉ?Ｉ?ｉ?ｉ??０．９２５?－……／－－ｆ?ｊ?！?ｉ?＂?．．．ｉ??０．９２?－?［?Ｉ?ｊ?ｉ?ｉ?ｊ??０．９１５?ｈ?ｊ?ｉ?ｊ?ｉ?＼ａｍ／＼ｖ??０?２０００?４０００?６０００?８０００?１００００??图２．１７计算效率对比??由图２．１７可看出，在轻载时，占空比控制方式效率比移相控制方式高，重载时移相控??制方式效率比占空比方式高。这是因为在轻载时，占空比控制方式的开关管开逝关断时，??漏源极电压只有输入电压的一半，开关损耗小于移相控制方式，而巫截时，由于移相控制??方式实现了软开关，其损耗将会大大减小，更具有效率优势。??２．４双模式捏制策略??由前文分析可知，变换器在轻载工况下，占空比控制方式效率高，而重戳时由于移相??控制方式具有软开关特性，具有效率优势。综合两种控制方式的优势，本文采巧一种结合??两种控制方式的双模式控制策略

【参考文献】：
期刊论文
[1]功率半导体器件风冷散热器热阻计算[J]. 周涛,陆晓东,李媛.  渤海大学学报(自然科学版). 2011(03)
[2]Flotherm软件在电子设备热设计中的应用[J]. 李波,李科群,俞丹海.  电子机械工程. 2008(03)
[3]DC-DC变换器主要技术发展综述[J]. 王学梅,张波,丘东元.  电源世界. 2008(05)
[4]基于双环控制的PWM逆变器的研究[J]. 陈瑞,周梁,韦忠朝.  通信电源技术. 2006(01)
[5]带隔直电容的移相全桥DC/DC变换器特性分析[J]. 沈燕群,姚刚,何湘宁.  电力电子技术. 2005(03)
[6]MOSFET功率开关器件的散热计算[J]. 王赋攀,杨鹏.  通信电源技术. 2005(01)
[7]全桥变换器的控制策略[J]. 阮新波,严仰光.  电力电子技术. 1998(03)

博士论文
[1]电力电子器件及其装置的散热结构优化研究[D]. 张健.哈尔滨工业大学 2015
[2]中功率DC/DC变流器模块标准化若干关键问题研究[D]. 张军明.浙江大学 2005
[3]双管正激变换器组合研究[D]. 石健将.南京航空航天大学 2003

硕士论文
[1]大功率移相全桥开关电源研究与实现[D]. 汪洋.南京理工大学 2013
[2]基于移相全桥150kW开关电源的控制和散热分析[D]. 戴剑锋.北京交通大学 2011
[3]5kW全桥软开关DC/DC电源[D]. 施贻蒙.浙江大学 2008
[4]大功率移相全桥变换器若干关键技术研究[D]. 周玉飞.浙江大学 2007
[5]大功率电子元器件及设备结构的热设计研究[D]. 高新霞.华北电力大学（北京） 2006
[6]数字控制移相全桥软开关变换器[D]. 洪峰.南京航空航天大学 2004



本文编号：3392874