本文關(guān)鍵詞：小型高效高可靠性開關(guān)電源設(shè)計(jì)研究

  更多相關(guān)文章： 平面變壓器 繞組損耗 有源鉗位正激 小型高效 高溫可靠性

【摘要】：隨著電子設(shè)備向高集成度、高效率、低功耗的方向發(fā)展,其對(duì)電源系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。模塊電源由于其體積小、重量輕、應(yīng)用靈活等特點(diǎn),在計(jì)算機(jī)、通信、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí),對(duì)模塊電源的工作效率、功率密度、可靠性方面提出了更高要求。半導(dǎo)體器件的飛速發(fā)展為模塊電源帶來(lái)了更高的集成度與效率,相比之下,體積占比最大的功率磁性器件的發(fā)展則相對(duì)較慢。本文從模塊電源中發(fā)熱量最大、功耗最高的變壓器出發(fā),提升變壓器的效率與可靠性。采用有源鉗位正激電路拓?fù)?優(yōu)化電路設(shè)計(jì)與PCB布局,最終完成小型高效、高可靠性模塊電源的設(shè)計(jì)。首先,對(duì)變壓器的相關(guān)理論做了介紹和分析。相較于傳統(tǒng)變壓器,平面變壓器具有體積小、漏感低、生產(chǎn)一致性高等諸多優(yōu)點(diǎn),非常適用于小型隔離DC/DC模塊電源。由于平面變壓器特殊的結(jié)構(gòu),其設(shè)計(jì)過(guò)程與傳統(tǒng)變壓器不完全一致,進(jìn)而提出了針對(duì)平面變壓器的熱設(shè)計(jì)流程。其次,針對(duì)平面變壓器的繞組結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析。在高頻工作時(shí),平面變壓器的繞組會(huì)受趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響,其損耗以及漏感等寄生參數(shù)會(huì)發(fā)生改變。本文利用有限元電磁分析軟件Maxwell對(duì)繞組結(jié)構(gòu)仿真,結(jié)合理論對(duì)其分析說(shuō)明。結(jié)果表明,采用交叉換位技術(shù)能有效降低平面變壓器的漏感和繞組損耗。利用ANSYS Workbench軟件平臺(tái)對(duì)所設(shè)計(jì)的平面變壓器電磁-熱耦合分析,仿真得到的變壓器溫升滿足設(shè)計(jì)要求。接著,分析了有源鉗位正激電路拓?fù)?其具有較低的電壓應(yīng)力、較寬的輸入電壓適應(yīng)范圍以及較高的工作效率,適用于各類中小功率電源。并且與單端正激變換器相比,無(wú)需復(fù)位繞組結(jié)構(gòu),具有更高的磁心利用率。隔離變壓器副邊采用自驅(qū)同步整流技術(shù),能有效降低肖特基整流二極管帶來(lái)的傳輸損耗。采用TI公司LM5025D控制芯片,完成電源功率級(jí)和控制級(jí)電路設(shè)計(jì),并在電源的器件選型以及PCB布局上做出優(yōu)化。最后,結(jié)合平面變壓器設(shè)計(jì)成果和相關(guān)電路計(jì),最終完成模塊電源樣機(jī)的制作。模塊電源在室溫,標(biāo)準(zhǔn)輸入28 V,輸出5 V、12 A條件下進(jìn)行測(cè)試,其效率約為92%,功率密度為2.0 W/cm3,紋波電壓64 mV;輸入16~36 V,輸出5 V、12 A條件下,效率超過(guò)90%,紋波電壓小于80 mV。將電源模塊置于烘箱,在100℃滿載輸出條件下烤機(jī)48 h以上,其間保持穩(wěn)定工作,效率超過(guò)90%。綜上,設(shè)計(jì)的模塊電源具有體積小(四分之一磚)、效率高(效率≥90%)、高溫可靠性高(100℃滿載條件高效穩(wěn)定工作)等特點(diǎn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好地驗(yàn)證了上述理論分析與模塊電源的設(shè)計(jì)思想。
【關(guān)鍵詞】：平面變壓器 繞組損耗 有源鉗位正激 小型高效 高溫可靠性
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN86
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 引言11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本論文研究意義以及研究?jī)?nèi)容15-17
• 1.3.1 本論文的研究意義15
• 1.3.2 本論文的研究?jī)?nèi)容15-17
• 第二章 平面變壓器原理與熱設(shè)計(jì)17-38
• 2.1 變壓器結(jié)構(gòu)17-19
• 2.1.1 變壓器工作原理18
• 2.1.2 變壓器等效電路模型18-19
• 2.2 平面變壓器結(jié)構(gòu)特性19-23
• 2.2.1 平面變壓器的優(yōu)點(diǎn)20-21
• 2.2.2 平面變壓器的分類21-23
• 2.3 平面變壓器的熱設(shè)計(jì)23-28
• 2.3.1 熱分析理論23-24
• 2.3.2 平面變壓器熱設(shè)計(jì)流程24-28
• 2.4 平面變壓器的磁心選擇28-37
• 2.4.1 磁心材料28-30
• 2.4.2 磁心損耗30-32
• 2.4.3 磁心型號(hào)選擇32-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 平面變壓器繞組結(jié)構(gòu)分析與仿真38-59
• 3.1 繞組損耗分析38-43
• 3.1.1 趨膚效應(yīng)在繞組中引起的渦流39-41
• 3.1.2 鄰近效應(yīng)在繞組中引起的渦流41-43
• 3.2 平面變壓器繞組結(jié)構(gòu)的仿真與分析43-55
• 3.2.1 有限元分析簡(jiǎn)介43-44
• 3.2.2 交叉換位技術(shù)對(duì)平面變壓器的影響44-53
• 3.2.3 次級(jí)繞組并聯(lián)對(duì)平面變壓器的影響53-55
• 3.3 Maxwell 3D仿真與熱分析55-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 第四章 開關(guān)電源的電路設(shè)計(jì)59-82
• 4.1 有源鉗位正激電路原理分析59-66
• 4.1.1 有源鉗位正激電路介紹59-61
• 4.1.2 同步整流技術(shù)61-63
• 4.1.3 低邊有源鉗位正激自驅(qū)同步整流電路63-66
• 4.2 功率級(jí)電路設(shè)計(jì)66-70
• 4.2.1 確定濾波電感66
• 4.2.2 輸出電容選取66-67
• 4.2.3 鉗位電容的選取67-68
• 4.2.4 功率開關(guān)管的選取68-70
• 4.3 控制電路設(shè)計(jì)70-78
• 4.4 電源版圖設(shè)計(jì)78-81
• 4.5 本章小結(jié)81-82
• 第五章 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與分析82-96
• 5.1 平面變壓器測(cè)試結(jié)果82-84
• 5.2 開關(guān)電源測(cè)試結(jié)果84-94
• 5.2.1 電源效率測(cè)試85-88
• 5.2.2 功率開關(guān)管開關(guān)特性88-92
• 5.2.3 電源紋波特性92-93
• 5.2.4 電源熱穩(wěn)定性93-94
• 5.3 本章小結(jié)94-96
• 第六章 結(jié)論96-98
• 致謝98-99
• 參考文獻(xiàn)99-103
• 攻碩期間取得的研究成果103-104

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張國(guó)權(quán);徐月朗;;開關(guān)電源中線圈的鄰近效應(yīng)研究[J];中國(guó)高新技術(shù)企業(yè);2010年04期

2 孟建輝;;開關(guān)電源的基本原理及發(fā)展趨勢(shì)[J];通信電源技術(shù);2009年06期

3 張宜倜;;變壓器溫升計(jì)算原理分析[J];變壓器;2009年09期

4 梁琦;曾慶軒;;開關(guān)電源中的平面變壓器技術(shù)與應(yīng)用[J];科技導(dǎo)報(bào);2007年16期

5 魏晨;謝運(yùn)祥;宋靜嫻;;淺談開關(guān)電源中的平面變壓器[J];通信電源技術(shù);2006年05期

6 徐曉婷;朱敏波;楊艷妮;;電子設(shè)備熱仿真分析及軟件應(yīng)用[J];電子工藝技術(shù);2006年05期

7 李智華;羅恒廉;陳為;;繞組交叉換位對(duì)高頻變壓器參數(shù)的影響[J];磁性材料及器件;2006年04期

8 李建兵;牛忠霞;周東方;師宇杰;;印制板平面變壓器及其設(shè)計(jì)方法[J];電氣應(yīng)用;2006年02期

9 曠建軍;阮新波;任小永;;集膚和鄰近效應(yīng)對(duì)平面磁性元件繞組損耗影響的分析[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2006年05期

10 王建岡;阮新波;陳軍艷;;航空用大功率模塊電源的設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2005年12期

，

本文編號(hào)：1009228