發(fā)布時間：2020-03-25 00:20

【摘要】：反激式開關(guān)電源具有節(jié)能高效、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點,已成為主流電源產(chǎn)品。作為反激式開關(guān)電源中的核心元件,高頻變壓器對電源的工作性能起著決定性作用。本文主要圍繞高頻變壓器的設(shè)計、優(yōu)化及其應(yīng)用進行了研究,包括高頻變壓器的設(shè)計方法、繞組結(jié)構(gòu)優(yōu)化、寄生參數(shù)對開關(guān)電源的影響,以及開關(guān)電源帶載能力評估和磁芯選擇。為了提高高頻變壓器的設(shè)計效率和精度,在高頻變壓器傳統(tǒng)設(shè)計方法的基礎(chǔ)上,提出了一種基于有限元計算的設(shè)計方法,給出了具體的設(shè)計步驟和流程,應(yīng)用該方法對一臺高頻變壓器進行了設(shè)計,其設(shè)計結(jié)果與樣機測試結(jié)果吻合較好,該方法克服了傳統(tǒng)設(shè)計方法中經(jīng)驗公式帶來的誤差。針對設(shè)計的高頻變壓器,以降低繞組損耗為目的,分析了氣隙邊緣場效應(yīng)、趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)對繞組損耗的影響,提出了基于氣隙回避和繞組交叉換位的結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施,場路耦合仿真結(jié)果說明了繞組結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施的可行性。以兩種繞組優(yōu)化結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),分析了高頻變壓器的漏感和分布電容對反激式開關(guān)電源的影響機理,采用場路耦合仿真法對兩種交叉換位結(jié)構(gòu)在降低寄生參數(shù)引起的開關(guān)管電壓和電流應(yīng)力進行了對比,結(jié)果表明:交叉換位結(jié)構(gòu)Ⅰ更適用于電磁兼容性要求較高的場合。為了進一步提高反激式開關(guān)電源的工作可靠性,以高頻變壓器在運行溫度的全范圍內(nèi)不出現(xiàn)磁芯飽和為前提,提出了一種反激式開關(guān)電源帶載能力評估方法,給出了詳細的評估過程和評估標準,實現(xiàn)了反激式開關(guān)電源在實際帶載情況下的準確評估。基于高頻變壓器的磁飽和特性,提出了一種基于電源I-P特性的磁芯選擇方法,得到了不同磁芯對應(yīng)的I-P特性擬合公式,實現(xiàn)了開關(guān)電源在不同功率應(yīng)用區(qū)間的磁芯合理選擇。場路耦合仿真結(jié)果與實驗測試結(jié)果均吻合,驗證了評估方法和磁芯選擇方法的正確性。
【圖文】：

變壓器同名端的位置，可知此時感應(yīng)到副邊繞組的電壓極性正好與原邊繞組相反，故副邊整流二極管 DO結(jié)束無法導(dǎo)通的狀態(tài)。在 MOS 管導(dǎo)通階段，原邊繞組所存儲的能量轉(zhuǎn)移到副邊，通過副邊繞組的電流 IS應(yīng)滿足：O DS SPK offSV VI I TL (2.2)式中：ISPK為通過高頻變壓器副邊繞組的電流峰值；VD為副邊輸出整流二極管的正向?qū)妷�；LS為高頻變壓器的副邊電感量，Toff為單個開關(guān)周期內(nèi) MOS 管的截止時間。如圖 2.2 所示，電源常見的工作模式有兩種，通過高頻變壓器原副邊繞組的電流 IP和 IS可以作為區(qū)分電源工作模式的基準量，區(qū)分方法有兩種：（1）當MOS 管 Q 導(dǎo)通時，高頻變壓器的原邊初始電流 IP0大于零時，則電源處于連續(xù)模式，否則電源處于非連續(xù)模式；（2）當 MOS 管 Q 截止結(jié)束時，通過高頻變壓器副邊繞組的電流 IS尚未衰減至零，則電源處于連續(xù)工作模式，否則電源處于非連續(xù)模式。

圖 2.2 兩種電源工作模式下的高頻變壓器原副邊繞組電流波形2.3 基于有限元的高頻變壓器設(shè)計方法高頻變壓器傳統(tǒng)的設(shè)計是通過計算相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)，確定高頻變壓器的設(shè)計方案。但在參數(shù)計算過程中所需的相關(guān)系數(shù)是根據(jù)經(jīng)驗人為給定的，，且需反復(fù)迭代，得到的計算結(jié)果存在較大偏差的可能�？朔�(jīng)驗性取值帶來的計算結(jié)果偏差是提高高頻變壓器設(shè)計準確性和設(shè)計效率的重要舉措。為此，在原有參數(shù)計算和樣機制造兩大步驟中間引入有限元建模和計算環(huán)節(jié)，該中間環(huán)節(jié)負責高頻變壓器特征參數(shù)的計算工作，提出的設(shè)計方法主要包含 6 個步驟：（1）確定電源產(chǎn)品的需求參數(shù)；（2）基于 AP 法[46-50]選擇高頻變壓器磁芯，并完成高頻變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)計算，給出相應(yīng)的設(shè)計方案；（3）基于設(shè)計方案完成高頻變壓器的有限元建模和計算；（4）研制高頻變壓器樣機，并完成特征參數(shù)的測定；（5）比較有限元計算和樣機測試的結(jié)果，若兩者的偏
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM433

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本文編號：2599093