【摘要】：開關(guān)電源體積小、效率高、穩(wěn)定性好,普遍應(yīng)用在現(xiàn)代的各種電力電子設(shè)備中。隨著現(xiàn)代各種電力電子設(shè)備向著小型化和輕型化的方向發(fā)展,對開關(guān)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(guān)技術(shù)、磁集成技術(shù)、平面變壓器技術(shù)等幾個方面來對隔離型高功率密度高效率變換器進(jìn)行深入的研究:首先,選取適合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過對比幾種常用的隔離型DC-DC電源的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),選用反激型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),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(guān)管漏源極兩端的尖峰電壓高的問題并實現(xiàn)軟開關(guān)。分析了高邊有源鉗位的工作原理,并計算了實現(xiàn)軟開關(guān)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(shè)計了控制芯片的外圍電路。其次,采用新型GaN(Gallium nitride)開關(guān)器件。GaN材料晶體管在高速開關(guān)和低導(dǎo)通電阻方面優(yōu)勢明顯,無需散熱裝置,在提高轉(zhuǎn)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(qū)動電路。采用的驅(qū)動器為LM5113,能穩(wěn)定可靠地驅(qū)動GaN開關(guān)管。最后,采用平面變壓器技術(shù)。平面變壓器不需要繞線的骨架結(jié)構(gòu),整體結(jié)構(gòu)扁平,散熱的空間大。經(jīng)過初步設(shè)計后,在磁性元器件設(shè)計軟件Ansoft Pexprt和仿真分析軟件Maxwell 2D中對所設(shè)計的變壓器的漏感與損耗進(jìn)行了仿真。根據(jù)仿真設(shè)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(jìn)行了測試,驗證了該設(shè)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(jìn)一步提高了功率密度。結(jié)合以上技術(shù)研制出一款輸入24V,輸出5V/6A,工作頻率為1MHz,功率密度達(dá)到了5W/cm~3,效率高于80%的隔離型開關(guān)電源樣機(jī)。實驗驗證了該樣機(jī)設(shè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路圖，推挽變換器變行復(fù)位，它具有自己完成磁化與復(fù)位的功能，變換處于交替導(dǎo)通的狀態(tài)。在正常工作時，相當(dāng)于兩個當(dāng) S1 開關(guān)管導(dǎo)通時，S2 開關(guān)管關(guān)斷，變壓器繞組能量通過二極管 D1 傳遞給輸出電感和負(fù)載。同理關(guān)管關(guān)斷，變壓器繞組 N3、N4 處于正常工作模式出電感和負(fù)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(dá) 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?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路圖，推挽變換器變壓器的磁電路來進(jìn)行復(fù)位，它具有自己完成磁化與復(fù)位的功能，變換器原邊的開關(guān)管 S2處于交替導(dǎo)通的狀態(tài)。在正常工作時，相當(dāng)于兩個正激型轉(zhuǎn)替工作，當(dāng) S1 開關(guān)管導(dǎo)通時，S2 開關(guān)管關(guān)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(fù)載。同理，當(dāng) S2 開時，S1 開關(guān)管關(guān)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(fù)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(dá)到很。大多用于中大功率場合，可達(dá) 1000W 以上的輸出功率。
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM46

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2605577