有源钳位正激式电动汽车DC-DC变换器电路设计
发布时间：2021-08-27 04:31
目前,开关电源正向着高频率、高功率密度和高效率的方向发展。传统的正激式变换器电路具有结构简单、元件数量少、输出纹波小等优点。其缺点是功率管的工作方式为硬开关,这使得变换器的开关频率难以提升;高频变压器需要磁复位,复位所消耗的能量不能再利用,加大了变压器的损耗;变压器磁芯只能工作在第一象限。很显然,传统的单端正激变换器很难适应开关电源的发展趋势。有源钳位正激变换器是一种新型的拓扑结构,它具有软开关和磁芯自动复位功能,可以适应开关电源的发展趋势。本文分析了降压类变换器的工作原理,主要从钳位电压和驱动信号延时对软开关条件的影响进行阐述,通过对比总结了有源钳位正激变换器的优点。通过对关键技术的研究,包括软开关、同步整流和高频变压器等,对钳位电容、变压器、功率开关管、同步整流器和输出滤波器等电路参数做出了有效选择。围绕控制芯片LM5025A分别对模块电源的主电路、控制电路和光耦反馈电路进行设计。还设计了输出防反接、输入限流和输入过欠压等保护电路,完成了有源钳位正激变换器设计。将有源钳位正激变换器的设计参数用Saber软件进行了仿真,验证了变换器设计的正确性。通过对实验结果的优化,有源钳位正激变换...
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Buck型拓扑结构仿真电路图
9是连续且线性变化的，且与开关频率变化的速率相同。因此，输出电流Io为电感电流波形的有效值，其波动范围在I1与I2之间，由波形分析可知，电流波形的有效值等于波形斜率的中值。如果输出电压不变，而负载变化时，电流也随之改变，但是Q1导通与关断的斜率不变，即(VdcVo)/Lo和(Vo+1)/Lo，可以改变Q1的占空比D来改变导通时间，以此改变电感电流的斜坡中值。2.1.3仿真分析根据上一节的理论分析，用saber软件仿真Buck型拓扑结构，仿真电路如图2-3所示。电路中的元器件均为理想器件，其中输入电压为20V，占空比0.5，频率f=50kHz，输出电压为10V，电感量L=12.5μH。电容根据经验选择220μF，Buck电路工作在连续模式。图2-3Buck型拓扑结构仿真电路图图2-4Buck型拓扑结构仿真波形仿真电路如图2-3所示，因为元器件都是理想元件，所以仿真结果与理论分析基本相同。Buck电路仿真波形如图2-4所示，由图可知横坐标（时间）并不是从零开始的，那是因为上电瞬间电路是不稳定的，电路有较大的波动，所以选择稳定时间
14Lmaxi也是流过D1和D2电流大最大值：ID1max=ID2max=ILmax（2-22）流过开关管Q的最大值IQmax为：2maxmaxmax1QLMNIIIN=+（2-23）式中，IMmax为励磁电流的最大值，将式（2-10）带入上式得到：2maxmax112112ininQLoMsLMsWVVIIDIDDNLfnILf=+=++（2-24）引入变压器，使变换器的输出电压高于输入电压或低于输入电压，并且实现了多路输出[17]，输入端与输出端的电器隔离使电路更稳定。开关管Q的占空比也可以在合理的范围内变化，且效率更高，通常占空比在0.45左右变化。2.2.3仿真分析根据前一节的分析，用saber软件仿真正激变换器模型，与Buck电路一样，所有元器件均采用理想化模型。本次仿真的参数选择如表2-1所示。表2-1正激变换器参数选择参数值输入电压/V144输出电压/V12占空比0.45工作频率/kHz100输出电感/μH30输出电容/μF6000输出负载/Ω1变压器匝数比n4.5图2-8正激变换器仿真电路
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种开关电源限流电路的设计[J]. 冯开勇. 集成电路应用. 2019(10)
[2]混合动力客车空调操纵器的设计[J]. 郭文明. 汽车电器. 2019(04)
[3]正激变换器磁集成分析与设计准则[J]. 李洪珠,刘歆俣,李洪璠,兰天巍. 中国电机工程学报. 2019(12)
[4]同步整流有源钳位正激式DC/DC变换器的设计与实现[J]. 黄卓,周涛. 电子元器件与信息技术. 2018(06)
[5]高增益隔离DC/DC变换器的研究[J]. 熊泽成,尹强,任晓丹,赵启良,王永锋. 电气传动. 2017(12)
[6]加装超级电容的电动汽车DC/DC变换器设计[J]. 谢鹏,王鸣,周腾. 广西师范学院学报(自然科学版). 2016(01)
[7]通信电源模块的同步整流技术应用和发展[J]. 朱建华. 通信电源技术. 2016(02)
[8]一种Flyback-Boost非隔离型高增益直流变换器[J]. 袁义生,胡盼安,伍群芳. 电工电能新技术. 2014(11)
[9]双管正激变换器的钳位电路研究[J]. 南余荣,陈海东,陈印. 电气自动化. 2012(05)
[10]提高开关电源效率的方法[J]. 沙占友,孟志永. 电源技术应用. 2012(03)
硕士论文
[1]有源钳位正激变换器的研究[D]. 周睿.中国矿业大学 2019
[2]有源箝位正激变换器中薄膜型平面集成磁件的研究[D]. 赵凤俭.辽宁工程技术大学 2006
[3]有源钳位ZVS-PWM正激变换器的研究[D]. 刘飞云.华中科技大学 2004
本文编号：3365652
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Buck型拓扑结构仿真电路图
9是连续且线性变化的，且与开关频率变化的速率相同。因此，输出电流Io为电感电流波形的有效值，其波动范围在I1与I2之间，由波形分析可知，电流波形的有效值等于波形斜率的中值。如果输出电压不变，而负载变化时，电流也随之改变，但是Q1导通与关断的斜率不变，即(VdcVo)/Lo和(Vo+1)/Lo，可以改变Q1的占空比D来改变导通时间，以此改变电感电流的斜坡中值。2.1.3仿真分析根据上一节的理论分析，用saber软件仿真Buck型拓扑结构，仿真电路如图2-3所示。电路中的元器件均为理想器件，其中输入电压为20V，占空比0.5，频率f=50kHz，输出电压为10V，电感量L=12.5μH。电容根据经验选择220μF，Buck电路工作在连续模式。图2-3Buck型拓扑结构仿真电路图图2-4Buck型拓扑结构仿真波形仿真电路如图2-3所示，因为元器件都是理想元件，所以仿真结果与理论分析基本相同。Buck电路仿真波形如图2-4所示，由图可知横坐标（时间）并不是从零开始的，那是因为上电瞬间电路是不稳定的，电路有较大的波动，所以选择稳定时间
14Lmaxi也是流过D1和D2电流大最大值：ID1max=ID2max=ILmax（2-22）流过开关管Q的最大值IQmax为：2maxmaxmax1QLMNIIIN=+（2-23）式中，IMmax为励磁电流的最大值，将式（2-10）带入上式得到：2maxmax112112ininQLoMsLMsWVVIIDIDDNLfnILf=+=++（2-24）引入变压器，使变换器的输出电压高于输入电压或低于输入电压，并且实现了多路输出[17]，输入端与输出端的电器隔离使电路更稳定。开关管Q的占空比也可以在合理的范围内变化，且效率更高，通常占空比在0.45左右变化。2.2.3仿真分析根据前一节的分析，用saber软件仿真正激变换器模型，与Buck电路一样，所有元器件均采用理想化模型。本次仿真的参数选择如表2-1所示。表2-1正激变换器参数选择参数值输入电压/V144输出电压/V12占空比0.45工作频率/kHz100输出电感/μH30输出电容/μF6000输出负载/Ω1变压器匝数比n4.5图2-8正激变换器仿真电路
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种开关电源限流电路的设计[J]. 冯开勇. 集成电路应用. 2019(10)
[2]混合动力客车空调操纵器的设计[J]. 郭文明. 汽车电器. 2019(04)
[3]正激变换器磁集成分析与设计准则[J]. 李洪珠,刘歆俣,李洪璠,兰天巍. 中国电机工程学报. 2019(12)
[4]同步整流有源钳位正激式DC/DC变换器的设计与实现[J]. 黄卓,周涛. 电子元器件与信息技术. 2018(06)
[5]高增益隔离DC/DC变换器的研究[J]. 熊泽成,尹强,任晓丹,赵启良,王永锋. 电气传动. 2017(12)
[6]加装超级电容的电动汽车DC/DC变换器设计[J]. 谢鹏,王鸣,周腾. 广西师范学院学报(自然科学版). 2016(01)
[7]通信电源模块的同步整流技术应用和发展[J]. 朱建华. 通信电源技术. 2016(02)
[8]一种Flyback-Boost非隔离型高增益直流变换器[J]. 袁义生,胡盼安,伍群芳. 电工电能新技术. 2014(11)
[9]双管正激变换器的钳位电路研究[J]. 南余荣,陈海东,陈印. 电气自动化. 2012(05)
[10]提高开关电源效率的方法[J]. 沙占友,孟志永. 电源技术应用. 2012(03)
硕士论文
[1]有源钳位正激变换器的研究[D]. 周睿.中国矿业大学 2019
[2]有源箝位正激变换器中薄膜型平面集成磁件的研究[D]. 赵凤俭.辽宁工程技术大学 2006
[3]有源钳位ZVS-PWM正激变换器的研究[D]. 刘飞云.华中科技大学 2004
本文编号：3365652
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