交错并联式磁集成DC-DC电源模块的研究

发布时间：2017-08-19 08:17

  本文关键词：交错并联式磁集成DC-DC电源模块的研究

  更多相关文章： 交错并联技术 磁集成技术 Super Boost变换器 高效率 低电流纹波

【摘要】：随着近些年电子信息、医疗通信、航空航天的发展,轻量化、小型化、高效率的开关电源变换器被越来越频繁的提及。为满足开关电源的这些要求,科研工作者不应该只将注意力集中在拓扑技术、控制策略及优化开关器件上。由于磁性元器件在整个开关电源设备中的体积占重比约为30%,因此与减小磁性器件体积相关的技术是本文中将要讨论的。从几种常见的航天用BDR拓扑中选择Super Boost作为本文的主拓扑是因为它具有的综合优势如高效率、高功率密度和输入输出电流连续等。在输入端添加输入电流纹波抵消支路,并推导得到该支路中电感的计算公式。然后计算了本文中该拓扑的重要参数,并选择了合适的器件。为扩充该变换器的功率容量及提升其性能表现,采用了一种惯用的可以减小输入和输出电流纹波的方法—交错并联技术。同时,采用单个磁芯替换分立磁芯的磁集成技术来减小整个变换器中磁芯的功率损耗、磁芯的体积以及重量。从而提高其功率密度和效率,而这对空间电源模块来说非常重要。采用状态空间平均法建立了单模块的小信号模型,利用Matlab的计算结果可以得知Super Boost的动态特性跟传统Boost是非常相似的,只不过表现的更加复杂。利用快速慢速子系统解耦的方法,推导得到等价的二阶模型。然后用此简化系统代替原高阶系统,并对其采用平均电流法控制,从而得到原高阶系统的控制策略。最后设计了一种新式的移相电路用于交错驱动。最后,搭建了1k W两模块交错并联磁集成的Super Boost变换器来验证前面所述理论。测试和分析主拓扑的波形,和效率曲线。实验结果表明,磁集成的引入成功减小了磁芯尺寸,提升了变换器的功率密度,而交错并联的引入则减小了电流纹波并提升了变换器的性能表现。
【关键词】：交错并联技术 磁集成技术 Super Boost变换器 高效率 低电流纹波
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 本课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 空间BDR模块概述10-13
• 1.2.2 交错并联技术13-14
• 1.2.3 磁集成技术14-15
• 1.3 课题的主要研究内容15-16
• 第2章 主拓扑结构及参数设计16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 主功率拓扑的选择16-19
• 2.2.1 Super Boost变换器主功率拓扑的基本原理17-18
• 2.2.2 带纹波抵消支路的Super Boost模块18-19
• 2.3 带RC N的Super Boost的参数计算及器件选择19-21
• 2.4 两模块的交错并联21-22
• 2.5 两模块电感磁集成22-27
• 2.5.1 解耦集成的两种方法22-24
• 2.5.2 解耦程度评估24-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 带RCN的Super Boost的稳定性分析28-35
• 3.1 引言28
• 3.2 带RC N的Super Boost的建模28-32
• 3.3 高阶传递函数降阶简化处理32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 控制电路的设计35-47
• 4.1 引言35
• 4.2 常用的几种控制方式35-36
• 4.3 控制环路设计36-43
• 4.3.1 电流环控制环路设计36-39
• 4.3.2 电压环控制环路设计39-43
• 4.4 驱动电路设计43-45
• 4.4.1 隔离驱动电路43-44
• 4.4.2 驱动延时电路44-45
• 4.5 电流采样电路45-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第5章 仿真及实验结果分析47-54
• 5.1 引言47
• 5.2 时域仿真及分析47-51
• 5.2.1 单模块变换器的开环仿真47-49
• 5.2.2 两模块交错并联的闭环仿真49-51
• 5.3 实验波形及其分析51-52
• 5.4 效率测量52-53
• 5.5 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-60
• 致谢60

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1 石季英;刘建华;曹明增;李红艳;;交错并联技术在无损电阻中的应用[J];计算机仿真;2007年05期

2 陈文明;黄如海;谢少军;;交错并联Boost PFC变换器设计[J];电源学报;2011年04期

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本文编号：699626