【摘要】：開關電源體積小、效率高、穩(wěn)定性好,普遍應用在現(xiàn)代的各種電力電子設備中。隨著現(xiàn)代各種電力電子設備向著小型化和輕型化的方向發(fā)展,對開關電源的效率和功率密度有了更高的要求。然而,功率密度的提高受到了部分器件的制約。本文從軟開關技術、磁集成技術、平面變壓器技術等幾個方面來對隔離型高功率密度高效率變換器進行深入的研究:首先,選取適合的拓撲結構。通過對比幾種常用的隔離型DC-DC電源的電路拓撲結構,選用反激型拓撲結構,確定了電感電流連續(xù)續(xù)工作模式。采用有源鉗位的吸收方式來解決開關管漏源極兩端的尖峰電壓高的問題并實現(xiàn)軟開關。分析了高邊有源鉗位的工作原理,并計算了實現(xiàn)軟開關的條件。選取了具有有源鉗位功能的控制器LM5026。它是一種電流型控制芯片,并設計了控制芯片的外圍電路。其次,采用新型GaN(Gallium nitride)開關器件。GaN材料晶體管在高速開關和低導通電阻方面優(yōu)勢明顯,無需散熱裝置,在提高轉換器的功率密度方面非常有優(yōu)勢。由于Ga N晶體管與常規(guī)MOSFET相比,其閾值電壓范圍窄而低,易受高頻干擾,因此選取具有獨立推挽輸出的驅動電路。采用的驅動器為LM5113,能穩(wěn)定可靠地驅動GaN開關管。最后,采用平面變壓器技術。平面變壓器不需要繞線的骨架結構,整體結構扁平,散熱的空間大。經(jīng)過初步設計后,在磁性元器件設計軟件Ansoft Pexprt和仿真分析軟件Maxwell 2D中對所設計的變壓器的漏感與損耗進行了仿真。根據(jù)仿真設計,布局了該變壓器的印制電路板,制作實物對由漏感引起的損耗進行了測試,驗證了該設計的正確性。并利用漏感參與有源鉗位的諧振,實現(xiàn)磁集成,進一步提高了功率密度。結合以上技術研制出一款輸入24V,輸出5V/6A,工作頻率為1MHz,功率密度達到了5W/cm~3,效率高于80%的隔離型開關電源樣機。實驗驗證了該樣機設計的合理性。
【圖文】：

圖 1.2 反激變換器電路換器示為推挽變換器拓撲結構電路圖，推挽變換器變行復位，它具有自己完成磁化與復位的功能，變換處于交替導通的狀態(tài)。在正常工作時，相當于兩個當 S1 開關管導通時，S2 開關管關斷，變壓器繞組能量通過二極管 D1 傳遞給輸出電感和負載。同理關管關斷，變壓器繞組 N3、N4 處于正常工作模式出電感和負載。由于輸出濾波電感的存在，其輸脈沖交替發(fā)出，變壓器工作在雙向勵磁模式，磁于中大功率場合，可達 1000W 以上的輸出功率。

圖 1.2 反激變換器電路 推挽變換器如圖 1.3 所示為推挽變換器拓撲結構電路圖，推挽變換器變壓器的磁電路來進行復位，它具有自己完成磁化與復位的功能，變換器原邊的開關管 S2處于交替導通的狀態(tài)。在正常工作時，相當于兩個正激型轉替工作，當 S1 開關管導通時，S2 開關管關斷，變壓器繞組 N1、N2 作模式，能量通過二極管 D1 傳遞給輸出電感和負載。同理，當 S2 開時，S1 開關管關斷，變壓器繞組 N3、N4 處于正常工作模式，能量由2 傳送給輸出電感和負載。由于輸出濾波電感的存在，其輸出電壓紋簡單,兩路脈沖交替發(fā)出，，變壓器工作在雙向勵磁模式，磁芯達到很。大多用于中大功率場合，可達 1000W 以上的輸出功率。
【學位授予單位】：湖北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM46

【參考文獻】

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本文編號：2605577