关键词:
电力电子
DC-DC变流器
小功率模块
高频化
摘要:
迅猛发展的计算机工业技术使得计算机电源输出电压越来越低(0.9~1.5V),输出电流也越来越高。高效、高功率密度是此类电源的几个关键指标。为了实现这些指标,高频兆赫兹级的功率变换技术开始研究运用。论文首先回顾了高频功率变换技术的发展现状,同时也提出了一些关键技术问题。在高频功率变换中,拓扑的选择和优化十分关键。针对宽范围电压输入,低压大电流输出的应用场合,选取了两级结构的DC-DC变流器作为优选拓扑。在前级拓扑选择中,最终采用了一种带有源钳位单元的ZVS-PWMBuck电路拓扑。后极选取了工作在占空比为50%的半桥电路拓扑。为了减小高频门极驱动损耗,详细研究了 E型谐振门极驱动电路在高频工作时的性能;提出了一种全桥结构型能驱动双管的谐振门极电路;并在对比评估了几种谐振门极驱动方案后,优选出适用于高频工作的驱动方案,在此基础上提出了一种新型的高效谐振门极驱动电路。在后级半桥变流器中,采用单绕组结构的辅助绕组自驱动电路作为副边同步整流管的驱动方案。在深入研究高频磁性元件工作机理的基础上,提取出变压器绕组损耗与磁芯损耗的计算模型;列出了高频平面变压器的设计流程与仿真分析步骤。通过逐层建模的方式,提取出了平面变压器的高频参数,建立起变压器的电路-磁路混合模型,可以用来指导平面变压器的优化设计。对半桥变流器的集成磁路结构做了研究分析,探索了集成磁路的特性与在实际应用中的缺陷;结合半桥电路给出了平面变压器的绕组设计、损耗计算以及电磁场仿真的方法与步骤。结合宽范围电压输入、低压大电流输出的具体应用场合,通过对两级结构DC-DC变流器的研究,在高频模块的设计中综合运用了所研究的多种高频化技术,将高频损耗分析、门极谐振驱动技术、副边自驱动同步整流技术都融入其中。从模块的整体线路布局出发,优化平面变压器的绕组分布,研制出多层印制电路板平面变压器结构的拓扑样机。对两级结构变流器电路的不同控制方案做了研究对比;实验验证了高频化研究中的一些技术方案。