低压大电流DC-DC变换器的研究

西安科技大学

硕士学位论文

低压大电流DC-DC变换器的研究

姓名：贾荣

申请学位级别：硕士

专业：通信与信息系统

指导教师：倪云峰

20090425

分析全桥ZVS-PWM变换器的分析与设计

上世纪60年代开始起步的DC/DC PWM功率变换技术出现了很大的发展。后然经过发展，越来越多在各个领域当中应用。但由于其通常采用调频稳压控制方式，使得软开关的范围受到限制，且其设计复杂，不利于输出滤波器的优化设计。本文选择了全桥移相控制ZVS-PWM谐振电路拓扑，在分析了电路原理和各工作模态的基础上，设计了输出功率为200W的DC/DC变换器。 1 电路原理和各工作模态分析 1.1 电路原理 图1所示为移相控制全桥ZVS—PWM谐振变换器电路拓扑。Vin为输入直流电压。Si(i=1.2.3，4)为第i个参数相同的功率MOS开关管。为了防止桥臂直通短路，S1和S3，S2和S4之间人为地加入了死区时间△t，它是根据开通延时和关断不延时原则来设置同一桥臂死区时间。S1和S4，S2和S3之间的驱动信号存在移相角α，通过调节α角的大小，可调节输出电压的大小，实现稳压控制。Lf和Cf构成倒L型低通滤波电路。 图2为全桥零电压开关PWM变换器在一个开关周期内4个主开关管的驱动信号、两桥臂中点电压VAB、变压器副边电压V0以及变压器原边下面对电路各工作模态进行分析，分析时时假设： (1)所有功率开关管均为理想，忽视正向压降电压和开关时时间; (2)4个开关管的输出结电容相等，即Ci=Cs，i=1，2，3，4，Cs为常数; (3)忽略变压器绕组及线路中的寄生电阻; (4)滤波电感足够大。

1.2 各工作模态分析 (1)原边电流正半周功率输出过程。在t0之前，Sl和S4已导通，在(t0一t1)内维持S1和S4导通，S2和S3截止。电容C2和C3被输入电源充电。变压器原边电压为Vin，功率由变压器原边传送到负载。在功率输出过程中，软开关移相控制全桥电路的工作状态和普通PWM硬开关电路相同。 (2)(t1一t1′)：超前臂在死区时间内的谐振过程。加到S1上的驱动脉冲变为低电平，S1由导通变为截止。电容C1和C3迅速分别充放电，与等效电感(Lr+n2Lf)串联谐振，在谐振结束前(t2之前)，使前臂中心电压快速降低到一0.7V，使D3立即导通，为S3的零电压导通作好准备。 (3)(t1′一t3)：原边电流止半周箝位续流过程。S3在驱动脉冲变为高电平后实现了零电压导通，由于D3已提前提供了原边电流的左臂续流回路，虽然两臂中点电压为零，但原边电流仍按原方向继续流动，逐步衰减。 (4)(t3-t4)：S4关断后滞后臂谐振过程，t3时加到S4的驱动脉冲电压变为低电平，S4由导通变为截止，原边电流失去主要通道。原边电流以最大变化率从正峰值急速下降。 (5)(t4一t5)：电感储能回送电网期。t4时刻D2已导通续流，下冲的电流经D2返回到电源EC，补偿了电网在全桥电路上的功耗。滞后臂死区时间应该在该时间段内结束。原边电流下冲到零点。 (6)(t5一t6)：原边电流下冲过零后开始负向增大。S2和S3都已导通，形成新的电流回路，开始新的功率输出过程。副边电压被箝位在低电平，出现占空比丢失过程。因此滞后臂死区时间设计是关键。

低压大电流DCDC变换器拓扑分析

低压大电流DC/DC变换器拓扑分析 摘要：目前对低压大电流DC/ DC 变换器的研究方兴未艾。如何选择合适的拓扑电路是其首要任务。从拓扑、应用方面系统地论述了低压大电流技术近期的发展，阐述了各种拓扑电路的特点及用途并进行了分析比较。同时，详细地介绍了其关键的同步整流技术及其各种驱动方法。 1 引言 随着电子技术的迅速发展，以及各种微处理器、IC 芯片和数字信号处理器的普及应用，对低压大电流输出的低压变换器的研究与应用成为日益重要的课题。在低电压输出的情况下，一般的二极管整流很难达到较高效率，需采用同步整流技术，这就使得同步整流成为低压大电流技术中的关键技术。另外，如何选择合适的拓扑，使变换器的性能最优化，也是一个极其重要的问题。 首先分别从变压器的初级和次级对各种基本拓扑进行分析比较，分别得出初级和次级适合于低压大电流的优化拓扑，然后进行组合，列举了3 种典型的拓扑，最后对优化的组合作进一步的比较分析。 2 基本拓扑及其优缺点分析 以变压器为界，此类变换器的初级拓扑可从其所能传送的功率以及拓扑结构的复杂程度等方面进行分析。在提高低压大电流变换器的效率中显得尤为重要的是其次级的拓扑。本文首先从提高效率的角度对其进行分析，然后综合考虑其结构复杂性和驱动方式等的问题。 2. 1 变压器初级拓扑的优选 相对于升压型变换器来说，降压型变换器更加适用于低压大电流变换器。其变压器初级的基本拓扑主要可用正激式、反激式、推挽式、半桥式和全桥式等5 种。但是，其中的反激式变换器显然不适合低压大电流的要求，因为它的输出纹波较大，变压器漏感引起较大的电压尖峰，功率不大（150W 以下）,变换器效率不高，因而只能在电压和负载调整率要求不高的场合使用。 2. 2 变压器次级拓扑的优选 2. 2. 1 同步整流技术基本原理 同步整流技术旨在实现同步整流管栅极和源极之间的驱动信号与同步整流管漏极和源极之间开关同步。理想的同步整流技术可使同步整流管起到和整流二极管同样的作用，即正向电压导通，反向电压关断。在输出为低电压大电流的情况下，整流二极管的使用会引起很大的能量损耗，大大地降低电源效率。而用于同步整流的低电压功率MOSFET 导通电阻非常小，正向导通压降很低，例如15A 时只有0. 1V ,因此用低电压功率MOSFET 代替整流二极管势在必行。 2. 2. 2 变压器次级3 种结构的比较 适用于低压大电流输出的变压器次级结构有3种：正激式结构、中心抽头式结构和倍流整流式结构（拓扑及其波形如图1 、2 、3 所示）。

DCDC变换器的发展及应用

DC/DC变换器的发展与应用 周志敏 （莱芜钢铁集团公司动力部，山东莱芜271104） 摘要：介绍电压调整模块（VRM）技术、软开关技术和高频磁技术在DC/DC变换器中的应用，分析DC/DC变换器发展的关键技术，并探讨其发展的趋势。 关键词：电压调整模块；软开关；高频磁技术 1引言 直流-直流变换器（DC/DC）变换器广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。按额定功率的大小来划分，DC/DC可分为750W以上、750W～1W和1W以下3大类。进入20世纪90年代，DC/DC变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W～25WDC/DC变换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，DC/DC 变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251W～750W的DC/DC变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，DC/DC变换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。 DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被 广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约20％～30％的电能。直流斩波器不仅能起到调压的作用(开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。 DC/DC变换器现已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为0.31W/cm3～1.22W/cm3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构。目前，已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密

DC-DC变换器的设计方案

一种模块化高效DC-DC变换器的开发与研制 设计方案 一、设计任务：设计一个将220VDC升高到600VDC的DC-DC变换器。在电阻负载下，要求如下： 1、输入电压=220VDC，输出电压=600VDC。 2、输出额定电流=2.5A，最大输出电流=3A。 3、当输入在小范围内变化时，电压调整率SV≤2%（在=2.5A时）。 4、当在小范围你变化时，负载调整率SI≤5%（在=220VDC时）。 5、要求该变换器的在满载时的效率η≥90%。 6、输出噪声纹波电压峰-峰值≤1V（在=220VDC，=600VDC，=2.5A条件下）。 7、要求该变换器具有过流保护功能，动作电流设定在3A。 8、设计相关均流电路，实现多个模块之间的并联输出。 二、设计方案分析 1、DC-DC升压变换器的整体设计方案 图1 DC-DC变换器整体电路图

如图1升压式DC-DC变换器整体电路所示，该DC/DC电压变换器由主电路、采样电路、控制电路、驱动电路组成；开关电源的主电路单元、样电路单元采、控制电路单元、驱动电路单元组成闭环控制系统，是相对输出电压的自动调整。控制电路单元以SG3525为核心，精确控制驱动电路，改变驱动电路的驱动信号，达到稳压的目的。 2、DC-DC升压变换器主电路的工作原理 DC-DC功率变换器的种类很多。按照输入/输出电路是否隔离来分，可分为非隔离型和隔离型两大类。非隔离型的DC-DC变换器又可分为降压式、升压式、极性反转式等几种；隔离型的DC-DC变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等几种。下面主要讨论非隔离型升压式DC-DC变换器的工作原理。 图2（a）DC-DC变换器主电路 图2（b）DC-DC变换器主电路 图2（a）是升压式DC-DC变换器的主电路，它主要由开关变换电路、高频变压电路、整流电路、输出滤波电路四大部分组成；图1（b）是用matlab模拟出的升压式DC-DC变换器的主电路图。其中开关变换电路主要由绝缘栅双极型晶体管IGBT、储能电容C和RC 放电电路组成；高频变压器电路由一个工作频率为20KHz的升压变压器和一个隔直电容组成；整流电路部分采用桥式整流的设计方案，由四个快速恢复二极管构成，实现将逆变产生

DC-DC变换器设计毕业设计

绪论 一.开关电源概述 开关电源（Switch Mode Paver Supply,即SMPS）被誉为高效节能型电源，它代表着稳压电源的主流产品。半个世纪以来，开关电源大致经历了四个阶段。 早期的开关电源全部有分立元件构成，不仅开关频率低，效率高，而且电路复杂，不宜调试。在20世纪70年代研制出的脉宽调制器集成电路，仅对开关电源中的控制电路实现了集成化；80年代问世的单片开关稳压器，从本质上讲仍DC/DC电源变换器。随着各种类型单片开关电源集成电路的问世，AC/DC电源变换器的集成化才变为现实。 稳压电源是各种电子的动力源，被人称为电路的心脏，所有用电设备，包括电子仪器仪表，家用电器。等对供电电压都有一定的要求。至于精密的电子仪器，对供电电压的要求更为严格。所谓的DC——DC直流稳压是指电压或电流的变化小到可允许的程度，并不是绝对的不变。 目前，随着单片开关电源集成电源的应用，开关电源正朝着短、小、轻、薄的方向发展。单片开关电源自20世纪90年代中期问世以来便显示出来强大的生命力，它作为一项颇具发展和影响力的新产品，引起了国内外电源界的普遍重视。 尤其是最近两年来，国外一些著名的芯片厂家又竞相推出了一大批单片开关电源集成电路，更为新型开关电源的推广及奠定了良好的基础。单片开关电源具有集成度高、高性价化、最简外围电路，最佳性能等指标，现已成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及电源模块的优选集成电路。 二. 开关电源的技术追求 1.小型化、薄型化、轻量化、高频化——开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小储能元件的体积。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感和变压器的尺寸，而且还能抑制干扰，改善系统的动态性能。因此高频化是开关电源的主要发展方向。 2.高可能性——开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光电偶合器及排风扇等器件的寿命决定着电

IR2181S驱动芯片在全桥电路中应用设计和注意事项

IR2181S驱动芯片在全桥电路中应用设计和注意事项 摘要:三相全桥技术具有应用广泛,控制方便,电路简单等特点,因此,广泛应用于逆变电源,变频技术,电力电子等相关领域,但其功率MOSFET以及相关的驱动电路的设计直接与电路的可靠性紧密相关,如MOSFET的驱动电路设计不当,MOSFET很容易损坏,因此本文主要分析和研究了成熟驱动控制芯片IR2181S组成的电路,并设计了具体的电路,为提高MOSFET 的可靠性作一些研究,以便能够为设计人员在设计产品时作一些参考。关键 词:IR2181S驱动芯片;MOSFET;全桥电路;自举电路设计;吸收电路IR2181S的结构和驱动电路设计IR2181S是IR公司研发的一款专用驱动芯片电其内部结构参考图1:主要由:低端功率晶体驱动管,高端功率晶体驱动管,电平转换器,输入逻辑电路等组成。IR2181S优点是可靠性高,外围电路简单。它驱动的MOSFET高压侧电压可以达到600V,最大输出电流可达到1.9A(高端)2.3A(低端)。具体设计电路时如将MOSFET或IGBT 作为高压侧开关(漏极直接接在高压母线上)需在应用的时候需要注意以下几点: (1)栅极电压一定要比漏极电压高10-15V,作为高压侧开关时,栅极电压是系统中电压最高的。(2)栅极电压从逻辑上看必须是可控制的,低压侧一般是以地为参考点的,但在高端是就必须转换成高压侧的源极电位,相当于将栅极驱动的地悬浮在源极上,所以在实际应用中栅极控制电压是在母线电压之间浮动的。(3)栅极驱动电路吸收的功率不会显著影响整个电路的效率。图2是以IR2181S驱动芯片设计的三相全桥电路: 图2中应用到三个IR2181S驱动芯片每路驱动一组桥臂,提供高端和低端两路驱动信号(HO*,LO*),以第一路桥臂为例(其它同理):IR2181S输入是由DSP或其他专用驱动信号发生芯片产生的高端和低端两路驱动信号,经过2181输出同样也为两路,但经过2181内部处理后输出的信号和输入控制信号完全隔离,输出电流可以达到2A,上图中IR218S低端输出(LO1)驱动下管的信号是以直流母线侧负端为参考点,输出信号幅值大概在15V左右满足MOSFET开通要求。高端输出是以U1为参考基准,电位浮在母线上,当上端开通时IR2181S通过自举电路 (C4,C5)将电压举升到栅极开启电压值。其电压值约为: UG=U母线 15V 上述电路中(以Q2为例)电容C4,C5和自举二极管组成的泵电路,其中自举电容和自举二极管等参数都是要经过精密计算的,其工作原理和计算方法如下: (1)工作原理:当电路工作时Vs被拉倒地(输出接负载) 15V通过二极管给自举电容C4,C5充电也因此给Vs一个工作电压满足了电路工作。(2)参数设计:计算电容参数时应考虑到以下几点, ①MGT栅极电荷; ②高压侧栅极静态电流; ③2181内部电平转换电路电流; ④MGT G和S 之间的电流。(备注:因自举电路一般选择非电解电容设计时电容漏电流可以忽略。) 此公式给出了对自举电容电荷的最小要求; Q=2Qg Iqbs/f Qls Icbs/f 注:Qg为高端MOSFET栅极电荷。 f为系统工作频率。 Icbs为自举电容漏电流(本电路为非电解电容可忽略不计)。Qls为每个周期内电平转换电路对电荷的要求。(500/600V IC 为5nc 1200V IC为20nc)。Iqbs为高端驱动电路静态电流。上述计算的电荷量是保证芯片正常工作的前提条件,只有保证自举电容能提供足够的电荷和稳定的电压才不

交错并联的低压大电流DC-DC变换器设计与实现

交错并联的低压大电流DC-DC变换器设计与实现 1引言 近年来，随着计算机微处理器的输入电压要求越来越低，低压大电流DC-DC变换器的研究得到了许多研究者的重视，各种拓扑结构层出不穷，同步整流技术、多重多相技术、磁集成技术等也都应用于这个领域。笔者提出了一种交错并联的低压大电流DC-DC变换器，它的一次侧采用对称半桥结构，而二次侧采用倍流整流结构。采用这种结构可以极大地减小滤波电容上的电流纹波，从而极大地减小了滤波电感的大小与整个DC-DC变换器的尺寸。这种变换器运行于48V的输入电压和100kHz的开关频率的环境。 2倍流整流的低压大电流DC-DC变换器的结构分析 倍流整流低压大电流DC-DC变换器的电路原理图，一次侧采用对称半桥结构，二次侧采用倍流整流结构，在S1导通时SR1必须截止，L1充电；在S2导通时SR2必须截止，L2充电，这样滤波电感电流就会在滤波电容上移项叠加。图2给出了开关控制策略。 图1倍流整流的低压大电流DC-DC变换器的电路原理图 图2开关的控制策略 通过以上分析可以看出，倍流整流结构的二次侧2个滤波电感电流在滤波电容上相互叠加，从而使得输出电流纹波变得相当小。 结构中的同步整流器均按外加信号驱动处理，使控制变得很复杂，但在这种半桥-倍流拓扑结构中使用简单的自驱动方式很困难，因为，在这种结构中，如果直接从电路中取合适的点作为同步整流器的驱动信号，在死区时间内当这个驱动信号为零时，同步整流器就会截止。为了在半桥-倍流拓扑结构中使用自驱动方式，就必须使用到辅助绕组。 以单个半桥-倍流拓扑结构为例，见图3，VSEC为变压器的二次侧电压，Vgs为由辅助绕组获得的同步整流器的驱动电压，可以看出即使在死区的时间内，同步整流器的驱动电压也不可能为零，保证了自驱动方式在这种拓扑结构中的应用。 图3自驱动同步整流器电路及波形图 另外，由于在大电流的情况下MOSFET导通压降将增大，从而产生较大的导通损耗，为此应采用多个MOSFET并联方法来减小损耗。 3交错并联低压大电流DC-DC变换器 3.1电路原理图 综上所述，倍流整流低压大电流DC-DC变换器具有很好的性能，在此基础上引入交错并联技术，构成一种新的结构，称为并联低压大电流DC-DC变换器，可以进一步减小输出电流纹波。 图4为交错并联低压大电流DC-DC变换器的电路原理图（以最简单的2个倍流整流交错并联为例）。 图4交错并联低压大电流DC-DC变换器的电路原理图 3.2变换器的开关控制策略 交错并联低压大电流DC-DC变换器的开关控制策略见图5。 图5交错并联低压大电流DC-DC变换器的开关控制策略 3.3交错并联低压大电流DC-DC变换器性能

全桥变换器主电路分析

全桥变换器主电路分析 王振存 2006.04 1.电源概述 本电源，额定电流1000A。主电路采用全桥拓扑结构，两路并联的供电方式。主电路原理框图如图1所示。 2. 输入整流滤波电路的设计 电源交流输入采用三相三线输入方式，经三相桥式整流器输出脉动直流，经直流母线滤波供给后级功率变换电路。输入整流电路如图2所示。 图 1 对图中元件说明如下： D1-D6：三相整流桥，PE：输入端保护熔断器，PV压敏电阻； R56缓起电阻，C5、C6、C7：共模滤波电容； KA：接触器，C8直流母线滤波电容： 为限制刚开始投入时电解电容充电产生的电流浪涌，在输入整流电路增加了缓起电路。具体工作原理是，电源经外部加电，此时A、C线电压经R56、R55、D1、D2、D5、D6给电容充电，直流母线电压慢慢上升，上升到辅助电源启动电压时，辅助电源工作控制板得电将接触器闭合，将R56、R55短路，缓起动过程结束。 输入滤波电容的选择过程如下：取整流滤波后的直流电压的最大脉动值为低

交流峰值电压的10％，按照下面步骤计算电容的容量： ● 输入电压的有效值%10380±V 即342V ～418V; ● 输入交流电压峰值：482V ～591V ； ● 整流滤波后直流电压的最大脉动值：V V 2.4810482％＝?; ● 整流后直流电压的范围：433.8V ～542.8V ； ● 电源总功率按50KW 计算则等效电阻为Ω== 76.350000 8.4332 L R ; ● 一般取放电时间常数τ=R L C=(3~5)T/6故最小电容F C μ265076 .301.0== ； 3. 全桥逆变电路工作状况分析 3.1 工作模态分析 电源由全桥逆变器和输出整流滤波电路构成。全桥逆变器的主电路如图2所示，由四功率管Q1~Q4及其反并二级管D1~D4,和输出变压器（L LK 为主变压器漏感），吸收电路，隔直电容等组成。 LD R V 图2 在一个开关周期中，电流连续的情况下，全桥变换器共有有4种开关模态。 在t0时刻，对应于图3（a ）。Q1、Q4导通。电压经Q1、Q4、C3、加到变压

低压、大电流电源中提高效率的有效方法是同步整流

低压、大电流电源中提高效率的有效方法是同步整流 1. 概要计算机、通信交换机等数据处理设备在电路密度和处理器速度不断提高的同时，电源系统也向低压、大电流和更加高效、低耗、小型化方向发展。如今IC 电压已经从5 V 降为3. 3 V 甚至1. 8 V ，今后还会更低。在DC2DC 变换器中，整流部分的功耗占整个输出功率的比重不断增大，已成为制约整机效率提高的障碍。传统整流电路一般采用功率二极管整流，由于二极管的通态压降较高，因此在低压、大电流时损耗很大。这就使得同步整流技术得到了普遍关注并获得大量应用。同步整流技术就是用低导通电阻MOSFET 代替传统的肖特基整流二极管，由于MOSFET 的正向压降很小，所以大大降低了整流部分损耗。同时对MOSFET 给出开关时序随电路拓扑工作要求作相应变化的门极驱动信号。由于门极驱动信号与MOSFET开关动作接近同步，所以称为同步整流（SynchrONous RecTIficaTIon ，简称SR）。 2.正激变换器中的同步整流自驱动同步整流是指直接从变压器副边绕组或副边电路的某一点上获取电压驱动信号，来驱动同步整流管。外驱动同步整流是指通过附加的逻辑和驱动电路，产生随主变压器副边电压作相应时序变化的驱动信号，驱动SR 管。这种驱动方法能提供高质量的驱动波形，但需要一套复杂的驱动控制电路。相比较来说，自驱动同步整流的电路结构简单，所需元件数量较少;同时自驱动同步整流续流二极管靠复位电压驱动，所以工作特性依赖于功率变压器的复位方式。理想情况是变压器复位时间与主开关管关断时间相等，这样，输出电流将在整个关断期间内通过同步整流管续流。由于漏源极间PN 结的存在，使MOSFET 漏源极之间存在一个集成的反向并联体二极管。电路拓扑要求整流管有反向阻断功能，因此MOSFET 作为整流管使用时，流过电流的方向必须是从源极到漏极，而不是通常的从漏极到源极。实际应用中，2 只SR 管的驱动信号之间应保证足够的死区时间。因为在2 个SR 管换流期间，如果一只整流管已处于导通态，而另外一只还没有关断，就会造成短路，导致较大的短路电流，可能会烧毁MOS 管。但死区时间也不能过长，因为在死区时间内，负载电流从SR 管的体二极管流过，完成MOSFET 作为整流管的功能，如果死区时间过长，电路虽然仍能正常工作，但会增加损耗。因此，从减小

选择最佳DCDC变换器的要点及途径

一、元器件的选择 1.DC-DC电源变换器的三个元器件 1)开关：无论哪一种DC/DC变换器主回路使用的元件只是电子开关、电感、电容。电子开关只有快速地开通、快速地关断这两种状态。只有快速状态转换引起的损耗才小，目前使用的电子开关多是双极型晶体管、功率场效应管，逐步普及的有IGBT管，还有各种特性较好的新式的大功率开关元件。 2)电感：电感是开关电源中常用的元件，由于它的电流，电压相位不同，因 此理论损耗为零。电感常为储能元件，也常与电容公用在输入滤波器和输出滤波器上，用于平滑电流，也称它为扼流圈。其特点是流过它上的电流有“很大的惯性”.换句话说，由于“磁通连续性”,电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的电压尖峰波。电感为磁性元件，自然有磁饱和的问题，多数情况下，电感工作在线性区，此时电感值为一常数，不随端电压与流过的电流而变化。但是，在开关电源中有一个不可忽视的问题，就是电感的绕线所引起的两个分布参数(或称寄生参数)的 现象。其一是绕线电阻，这是不可避免的;其二是分布式杂散电容，随绕线工艺、材料而定。杂散电容在低频时影响不大，随频率提高而渐显出来，到一频率以上时，电感也许变成电容的特性了。如果将杂散电容集成为一个，则从电感的等效电路可看出在一角频率后的电容性。 3)电容：电容是开关电源中常用的元件，它与电感一样也是储存电能和传递 电能的元件。但对频率的特性却刚好相反。应用上，主要是“吸收”纹波，具平滑电 压波形的作用。实际上的电容并不是理想的元件。电容器由于有介质、接点与引线，形成一个等效串联内电阻ESR.这种等效串联内电阻在开关电源中小信号控制上，以及输出纹波抑制的设计上，起着不可忽视的作用。另外电容等效电路上有一个串联的电感，它在分析电路器滤波效果时非常重要。有时加大电容值并不能使电压波形平直，就是因为这个串联寄生电感起着副作用。电容的串联电阻与接点和引出线 有关，也与电解液有关。常见铝电解电容的成分为AL2O3,导电率比空气的大七倍，为了能提高电容量，把铝箔表面做成有规律的凸凹不平状，使氧化膜表面积加大，加入的电解液可在凸凹面上流动。普通的铝电解电容在高频脉动电流大幅度增加下，高频阻抗温度上升较大，成了开关电源长寿命的瓶颈。所谓好电容耐反波电流， 耐温升，ESR值小。电容电解液受温度影响，温度升高，电阻减小，即电容串联电阻减小，则是理想的。温度升高，等效串联电阻加大，导致电容寿命减短，这是 普通铝电解电容的缺点。为改善这一缺点，将电解液覆盖在氧化膜表面后将其干 燥形成固体式电解质电容，即“钽电容”. 2.器件选择要点 只如果外接开关管，最好选择开关三极管或功率MOS 管，注意耐压和功耗。如果开关频率很高，电感可选用多线并绕的，以降低趋肤效应的影响。续流二极管一般选恢复时间短、正向导通电压小的肖特基二极管，但要注意耐压。如果输出电压很小(零点几伏)，就必须使用MOS管续流。输出滤波电容一般使用高频电容， 可减小输出纹波同时降低电容的温升。在取样电路的上臂电阻并一个0.1~1μf电容，可以改善瞬态响应。电源设计的器件选择需要注意以下几点：

六种基本DCDC变换器拓扑结构总结

六种基本DC/DC变换器拓扑，依次为buck,boost,buck-boost,cuk,zeta,sepic变换器 半桥变换器也是双端变换器,以上是两种拓扑。 半桥开关管电压应力为输入电压.而且由于另外一个桥臂上的电容,具有抗偏磁能力,但是对于上面一种拓扑,通常还会加隔直电容来提高抗偏磁能力.但是如果采用峰值电流控制,要注意一个问题,就是有可能会导致电容安秒不平衡的问题.要需要其他方法来解决。半桥变换器可以通过不对称控制来实现ZVS,也就是两个管子交替导通,一个占空比为D,另外一个就为1-D.就是所谓的不对称半桥,通常采用下面一种拓扑.对于不对称半桥可以采用峰值电流控制。 正激变换器 绕组复位正激变换器 LCD复位正激变换器

RCD复位正激变换器 有源钳位正激变换器 双管正激

吸收双正激 有源钳位双正激 原边钳位双正激

软开关双正激 推挽变换器 无损吸收推挽变换器

推挽变换器:推挽变换器是双端变换器.其实是两个正激变换器通过变压器耦合而来,基本推挽变换器好处是驱动不需隔离,变压器双端磁化,只要两个开关管.但是,变压器绕组利用率低,开关管电压应力为输入两倍,所以一般只适合低压输入的场合.而且有个问题就是会出现偏磁,所以要采用电流型控制等方法来避免. 如果将两个双管正激同样耦合,可以构成四开关管的推挽变换器,也就是所谓的双双管正激.其管子电压应力下降为输入电压.其他等同. 推挽正激是最近出现的一种新拓扑,通过一个电容来解决变换器漏感尖峰,偏磁等问题.在VRM中有应用.

半桥变换器也是双端变换器,以上是两种拓扑. 半桥开关管电压应力为输入电压.而且由于另外一个桥臂上的电容,具有抗偏磁能力,但是对于上面一种拓扑,通常还会加隔直电容来提高抗偏磁能力.但是如果采用峰值电流控制,要注意一个问题,就是有可能会导致电容安秒不平衡的问题.要需要其他方法来解决. 半桥变换器可以通过不对称控制来实现ZVS,也就是两个管子交替导通,一个占空比为D,另外一个就为1-D.就是所谓的不对称半桥,通常采用下面一种拓扑.对于不对称半桥可以采用峰值电流控制. 全桥变换器

ZVS移相全桥变换器设计

电气工程学院课程设计说明书 设计题目： 系别： 年级专业： 学生姓名： 指导教师：

电气工程学院《课程设计》任务书 课程名称：电力电子与电源综合课程设计 基层教学单位：电气工程及自动化系指导教师：朱艳萍 说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。 电气工程学院教务科

电力电子与电源课程设计组内自评表

摘要 首先，本文阐述PWM DC/DC变换器的软开关技术，且根据移相控制PWM全桥变换器的主电路拓扑结构，选定适合于本论文的零电压开关软开关技术的电路拓扑，并对其基本工作原理进行阐述，同时给出ZVS软开关的实现策略。 其次，对选定的主电路拓扑结构进行电路设计，给出主电路中各参量的设计及参数的计算方法，包括输入、输出整流桥及逆变桥的器件的选型，输入整流滤波电路的参数设计、高频变压器及谐振电感的参数设计以及输出整流滤波电路的参数设计。 然后，论述移相控制电路的形成，对移相控制芯片进行选择，同时对移相控制芯片UC3875进行详细的分析和设计。对主功率管MOSFET的驱动电路进 最后，基于理论计算，对系统主电路进行仿真，研究其各部分设计的参数是否合乎实际电路。搭建移相控制ZVS DC/DC全桥变换器的实验平台，在系统实验平台上做了大量的实验。 实验结果表明，本文所设计的DC/DC变换器能很好的实现软开关，提高效率，使输出电压得到稳定控制，最后通过调整移相控制电路，可实现直流输出的宽范围调整，具有很好的工程实用价值。行分析和设计。 关键词开关电源;高频变压器;移相控制;零电压开关;UC3875

DC-DC变换器学习手册

Maxim > Design Support > Technical Documents > Tutorials > Power-Supply Circuits > APP 2031 Keywords: DC to DC, buck, boost, flyback, inverter, PWM, quick-PWM, voltage mode, current mode skip, synchronous rectifier, switching regulator, linear regulator TUTORIAL 2031 DC-DC Converter Tutorial Nov 29, 2001 Abstract:Switching power supplies offer higher efficiency than traditional linear power supplies. They can step-up, step-down, and invert. Some designs can isolate output voltage from the input. This article outlines the different types of switching regulators used in DC-DC conversion. It also reviews and compares the various control techniques for these converters. Introduction The power switch was the key to practical switching regulators. Prior to the invention of the Vertical Metal Oxide Semiconductor (VMOS) power switch, switching supplies were generally not practical. The inductor's main function is to limit the current slew rate through the power switch. This action limits the otherwise high-peak current that would be limited by the switch resistance alone. The key advantage for using an inductor in switching regulators is that an inductor stores energy. This energy can be expressed in Joules as a function of the current by: E = ? × L × I2 A linear regulator uses a resistive voltage drop to regulate the voltage, losing power (voltage drop times the current) in the form of heat. A switching regulator's inductor does have a voltage drop and an associated current but the current is 90 degrees out of phase with the voltage. Because of this, the energy is stored and can be recovered in the discharge phase of the switching cycle. This results in a much higher efficiency and much less heat. What is a Switching Regulator? A switching regulator is a circuit that uses a power switch, an inductor, and a diode to transfer energy from input to output. The basic components of the switching circuit can be rearranged to form a step-down (buck)converter, a step-up (boost) converter, or an inverter (flyback). These designs are shown in Figures 1,2,3, and 4 respectively, where Figures 3 and 4 are the same except for the transformer and the diode polarity. Feedback and control circuitry can be carefully nested around these circuits to regulate the energy transfer and maintain a constant output within normal operating conditions.

低压大电流高频整流电路--

低压大电流高频整流电路 摘要:随着信息技术的迅速发展，中小功率变换器在计算机、通信和其它工业领域中得到了广泛的应用．为满足应用场合对数据处理更快速、更有效的要求，对变换器的要求也不断提高，使得变换器向着更低的输出电压、更高的输出电流、更高的效率，更快的动态响应以及更高的可靠性等方向发展。本文首先介绍了一些器件，然后分析倍流整流电路的工作原理。分析结果表明，由于倍流整流结构的整流管损耗小、动态响应快以及输出电流的纹波小等优点，使其成为低压大电流的常见的整流结构。采用Matlab软件对同步整流电路进行了仿真实验，并对仿真结果进行了分析。 关键词：倍流整流；Matlab Abstract:with the rapid development of information technology, small and medium-sized power converter in the field of computer, communications and other industries has been widely used. To meet application requirements for data processing faster and more efficiently, and also to the requirement of converter enhances unceasingly, makes the converter to lower output voltage, higher output current, higher efficiency, faster dynamic response and higher reliability. This article first introduces some device, and then introduces the working principle of The Times the current rectifier circuit. Analysis results show that as the rectifier losses times flow rectifying structure is small, fast dynamic response, and the advantages of small output current ripple, make it becomes a common low-voltage high-current rectifier structure. Using matlab software to synchronous rectifier circuit, the simulation experiment and the simulation results are analyzed. Key words: times flow rectifying; The matlab

DCDC变换器的发展与应用.

DC/DC变换器的发展与应用 1引言 直流-直流变换器（DC/DC）变换器广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。按额定功率 的大小来划分，DC/DC可分为750W以上、750W～1W和1W以下3大类。进入20世纪90年代，DC/DC 变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W～25WDC/DC变换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，DC/DC 变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251W～750W的DC/DC变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，DC/DC 变换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。 DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约20％～30％的电能。直流斩波器不仅能起到调压的作用(开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。 DC/DC变换器现已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为 0.31W/cm3～1.22W/cm3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构。目前，已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。 电子产业的迅速发展极大地推动了开关电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代电子设备供电系统的主流。在电子设备领域中,通常将整流器称为一次电源,而将DC/DC变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前，在电子设备中用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT实现高频工作,开关频率一般控制在50kHz～100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。 因为电子设备中所用的集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在电子供电系统中，采用高功率密度的高频DC/DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,可以大大减小损耗、方便维护,且安装和增容非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因为电子设备容量的不断增加,其电源容量也将不断增加。 2电力电子器件 功率变换技术高速发展的基础是电力电子器件和控制技术的高速发展，在21世纪，电力电子器件将进入第4代即智能化时代，具有如下显著的特征。 2.1高性能化 高性能化主要包括高电压、大容量、降低导通电压低损耗、高速度和高可靠性等4个方面。如IGBT 的电流可达2kA～3kA、电压达到4kV～6kV，降低损耗是所有复合器件的发展目标。预计在21世纪IGBT、

低压大电流DC

低压大电流DC—DC变换器原理分析 作者：王琥珺、赵超、向盼、何刚、何霖山、向浩 指导老师：伍卫 摘要：主要介绍的是应用于电池放电中的低压大电流DC—DC变换器。首先，就其工作原理做了详细的分析说明，在此基础上，进行了仿真和实验，并对结果进行了分析。可以得出本拓扑适合应用在低压大电流的结构中。与之前广泛应用的能量从半桥侧传递到倍流侧不同，其重点在于将倍流拓扑当作双BOOST拓扑进行放电，即能量从倍流侧传递到半桥侧，可实现输入输出电压相差倍数大，而且最大限度地提高了放电的效率。 关键词：双电感；结构拓扑；低压大电流 随着新能源迅速的发展，大功率动力电池已经被应用在电动工具、电动车辆，航空航天等领域，电池化成作为电池生产过程中的关键工序关系到电池的品质和质量，而且可以将电池放的电能回馈电网，节约成本。大容量锂离子电池生产数量越大，电池化成过程造成的能量浪费问题就会表现得越明显。必须在大容量锂离子电池大规模应用的前期对高效率的电池化成设备进行研究，为大容量锂离子电池大规模应用提供必需的生产设备，既为生产厂家节电节能，也符合国家节能减排的要求。本拓扑为半桥倍流电路，具有双电感，适合低压大电流的工作状态，放电输出给PWM整流逆变电路回馈到电网，本DC—DC变换器，控制策略简便，使用了PWM策略。本文对这种变换器的工作原理作出了详细的说明。 1.主电路拓扑结构 主电路拓扑结构如图1所示，由图1可以看出，输入级的拓扑为隔离型的双BOOST电路交替并联结构，输出级为半桥电路。本文介绍的低压DC—DC升压电路是应用于电池化成设备中，要求低压直流输入，高压直流才、输出，由于该电路要求特殊，升压倍数较高，低压侧电流较大，所以实现起来有一定难度。