数字化移相全桥DC-DC变换器设计

发布时间：2017-08-03 17:10

  本文关键词：数字化移相全桥DC-DC变换器设计

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【摘要】：随着世界经济的快速发展,世界能源危机日益严重,对于能源的转换和利用效率提出了更高的要求。开关电源作为电力系统中重要的电能转换设备,对于电能的使用效率有着很大的影响,关于开关电源转换效率提升的研究成为重要的课题。利用电路自身的寄生参数来实现零电压开关(Zero-Voltage Switching,ZVS),移相全桥(Phase-Shifted Full-Bridge,PSFB)DC-DC变换器具有电路结构简单、低损耗高效率、低电磁干扰、高可靠性等优点,因此成为中-大功率高频开关电源的首选拓扑,具有广阔的应用前景。本文主要研究了PSFB DC-DC变换器的数字化控制、高频软开关技术及同步整流(Synchronous Rectification,SR)技术的实现。文章首先对于PSFB DC-DC变换器的发展概况进行了调查,详细分析了PSFB DC-DC变换器的工作原理及其实现零电压开关时存在的技术难点。其次基于变换器软开关的实现条件,对PSFB DC-DC变换器主要元器件计算选型,并根据元器件设计参数,搭建基于Saber的仿真平台,对PSFB DC-DC变换器进行仿真分析,验证了电路的可行性。最后,为了对理论分析进行验证,搭建一台输入为400VDC,输出为12V,功率等级为1400W,开关频率为140kHz的PSFB ZVS DC-DC变换器硬件实验样机,并给出实验结果和详细分析。数字化控制是开关电源发展的趋势,PSFB DC-DC变换器实现了数字化控制,有利于提高系统抗干扰能力和节约成本。主功率开关管软开关的实现大大降低了功率器件的开关损耗和开关噪声。变换器二次侧通过采用同步整流,减小了整流电路的导通损耗,增大了转换效率。
【关键词】：移相全桥(Phase-Shifted Full-Bridge PSFB) 数字化控制 软开关 同步整流 Saber
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题的选题背景8-11
• 1.1.1 DC-DC变换器的发展历程8-10
• 1.1.2 PSFB DC-DC变换器的提出10-11
• 1.2 PSFB DC-DC变换器发展现状与趋势11-12
• 1.3 本文的主要研究内容和目标12-16
• 第2章 ZVS PSFB DC-DC变换器电路分析16-32
• 2.1 引言16
• 2.2 PSFB DC-DC变换器工作原理分析16-26
• 2.3 PSFB ZVS DC-DC变换器常见的技术问题26-28
• 2.3.1 滞后桥臂较难实现ZVS26-27
• 2.3.2 变压器副边占空比的丢失27-28
• 2.4 PSFB DC-DC变换器实现ZVS的条件28-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第3章 基于UCD3138的数字化PSFB DC-DC变换器设计32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 数控芯片UCD3138简介32-34
• 3.3 功率电路的元器件选型34-37
• 3.3.1 变压器原边与副边匝比的计算34
• 3.3.2 功率开关管的设计34-35
• 3.3.3 谐振电感与电容的计算35-36
• 3.3.4 输出滤波电感的设计36
• 3.3.5 输出电容的计算36
• 3.3.6 同步整流管的选择36-37
• 3.4 主功率变压器的设计37-45
• 3.4.1 变压器磁芯的选择37-40
• 3.4.2 变压器原边绕组的设计40-42
• 3.4.3 变压器副边绕组的设计42-45
• 3.5 本章小结45-48
• 第4章 基于Saber的PSFB DC-DC变换器仿真48-60
• 4.1 引言48
• 4.2 Saber简介48-49
• 4.3 电路仿真模型的搭建49
• 4.4 基于Saber的仿真结果分析49-58
• 4.4.1 驱动电路信号波形50-51
• 4.4.2 零电压开关实现波形51-53
• 4.4.3 原边电压和电流波形53-57
• 4.4.4 输入、输出电压波形57-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第5章 实验结果分析60-72
• 5.1 引言60
• 5.2 实验波形分析60-69
• 5.2.1 驱动波形62-63
• 5.2.2 主电路波形63-69
• 5.2.3 效率波形图69
• 5.3 本章小结69-72
• 第6章 总结与展望72-73
• 6.1 本文主要工作总结72-73
• 6.2 展望73
• 参考文献73-80
• 致谢80-82
• 个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果82

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本文编号：615420