单周控制有源箝位正激变换器的设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名 ：学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院 电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 单周控制有源箝位正激变换器的设计指 导 教 师 :2013 年 03 月 15 日毕 业 设 计 开 题 报 告文 献 综 述一、本课题研究的目的及意义近年来，电力电子装置在国民经济各个领域的应用日趋广泛，电力电子技术已成为工程技术领域的关键技术之一。在电力电子技术中，效率更高、体积更小、电磁污染更少、可靠性更高的开关电源一直是该领域的一个重要发展方向，有此开拓出诸如高频磁技术、软开关技术、电磁兼容技术、功率因数校正技术等一系列具有实际意义的研究领域。作为能量转换环节的开关电源变换器根据电能转换形式的不同，可以分为交流/直流(AC/DC)变换器、直流/直流(DC/DC)变换器、直流/交流(DC/AC )变换器、交流/交流(AC/AC)变换器等。目前世界上电源产品中 DC/DC 部分己经成为最主要、最核心的部分。通信设备、电脑设备的供电大多数是直流电压供电。而照明虽然还是以交流电压供电为主，但是随着 LED ( low emitting diode )技术 (主要是白光合成技术)的发展以及应用领域的扩展，直流电压供电的产品额会逐渐扩大。其中，单端正激变换器因其具有结构简单、工作可靠、成本低等特点得到广泛的应用。随着各种软开关技术比如有源钳位软开关技术、定频谐振软开关技术等在单端正激变换器的成功应用，解决了一般正激变换器利用率低、高频损耗大的缺点，使得正激变换器的应用场合更加广阔，尤其是在需要低电压大电流输出的各种微处理器。IC 芯片和数字信号处理器中，正激变换器被认为是最合适的拓扑之一。与传统的单端正激电路相比，有源箝位正激电路能有效降低主开关管电压应力，实现零电压开关，大大减少了开关器件和变压器的功耗，减少电磁干扰，在占空比大于 50的情况下工作，此外，还可实现变压器铁芯的磁复位。因此对单周控制有源箝位正激变换器进行研究是非常有意义的。二、本课题研究现状及趋势随着 DC/DC 变换技术的发展，软开关、谐振变换技术的应用，DC/DC 变换电路的工作方式，从最初的硬开关 PWM 方式，软开关 PWM 方式方向发展。每一种拓扑结构都有其优点和不足，往往适用于某一电路或应用场合。其中正激变换器和反激变换器结构简单，驱动电路易于设计，成本低，缺点是磁芯利用率低，适用于小功率场合。推挽变换器驱动电路容易实现，磁芯利用率高，且能够自动抑制偏磁，缺点是开关管电压应力大，适用于输入电压较低的中小功率场合。半桥变换器和全桥变换器电路复杂，驱动电路设计比较困难，一般用于中大功率场合。而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 DCDC 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 50kHz100kHz 范围内，实现高效率和小型化。为了缩小 DCDC 变换器的体积，提高功率密度，改善动态响应，高频化是 DCDC变换器技术发展的必然趋势。但高频化又会产生新的问题，如开关损耗及无源元件的损耗增大，高频寄生参数及高频 EMI 问题等。应用各种软开关技术(包括无源无损软开关技术，有源软开关技术)可以减少开关损耗，提高效率。三、本论文要研究的问题和拟采用的方法本文对单周控制有源箱位正激变换器的工作原理、工作策略、参数设计等问题进行了理论分析和实验研究。研制了基于单周控制有源箱位正激变换器装置。理论分析和实验结果都验证了该控制方法及变换器电路的正确性，表明基于单周控制有源箱位正激变换器是一种有前途的技术。在电路结构方面，方案的主电路采用在 BUCK 变换器基础上的单端正激电路拓扑结构。由于正激变换器中磁性器件工作在磁化曲线的第一象限，容易引起铁芯饱和，所以在每个开关周期就必须用附加的电路来转移励磁电感中的能量，即采用去磁复位措施，使变压器的铁芯磁复位。常见的磁复位方法有复位绕组复位、RCD 复位、以及有源箝位复位等。本论文拟采用有源箝位的复位法，其优点是变压器磁化能量和漏感能量可以循环利用;主开关和箱位开关管的电压应力低，适用于输入电压范围比较宽的应用场合，电路可采用低电压功率的 MOSFET 和二极管;变压器磁芯工作在第一、三象限，与前两种磁芯复位方式相比，有源箱位具有更好去磁能力，铁心利用率高，变压器传输功率大。容易实现零电压开关。由于有源箱位的优点突出，将其应用于正激变换器中可以改善变换器本身的不足，对其进行研究具有较大的实际意义。控制方面，本方案采用单周控制软开关 PWM 技术来实现对电路的控制。软开关 PWM技术的基本思想是在常规 PWM 变换器的拓扑基础上，附加一个谐振网络，谐振网络一般由谐振电感、谐振电容和功率开关组成。开关转换时，谐振网络工作使电力电子器件在开关点上实现软开关过程，谐振过程极短，基本不影响 PWM 技术的实现。从而既保持了 PWM 技术的特点，又实现了软开关技术，使软开关 PWM 变换器成为目前最具发展和应用一前景的变换器。单周期控制技术的基本思想是控制开关的占空比，在每个周期内强迫开关变量的平均值与控制参量相等或成比例，它能在一个开关周期内自动消除瞬态误差，前一周期的误差不会带到下一周期。该技术具有响应快，易于实现和控制电路简单等优点。参考文献：1 王兆安,杨旭,王晓宝.电力电子集成技术的现状及发展方向J. 电力电子技术. 2003(05)2 陈道炼,严仰光. 有源钳位正激变换器的分析与设计J. 电气传动. 1999(01)3 杨德刚,赵良炳. 软开关技术回顾与展望J. 电力电子技术. 1998(02)4 陈道炼,范玉萍,严仰光.正激变换器的磁复位技术研究J. 电力电子技术. 1998(01)5 周志敏.DCDC 变换器的发展与应用J.电手元器件应用.2002（08）6 Lee FC.High-frequency Quasi-Resonant Converter Technologies. Proceedings of the IEEE . 1988、7 Z. Lai,K. Smedley.A General Constant Frequency Pulse-Width Modulator and Its Applications. IEEE Trans. on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications . 19988 R. D. Middlebrook.Small-Signal Modeling of Pulse-Width Modulated Switched-Mode Power Converters. Proceedings of Tricomm . 19889 Ayyanar R,Mohan N.A novel soft-switching DC-DC converter with full ZVS-range and reduced filter requirement-part : regulated-output applications. IEEE Transactions on Power Electronics . 200110 Vorperian V.Quasi-square wave converters: Topologies and analysis. IEEE Transactions on Power Electronics . 198311 刘福鑫. 高压直流电源系统中 DC/DC 变换器的研究D. 南京航空航天大学 200412 张英杰. 基于有源箝位正激磁集成变换器无源控制的研究D. 辽宁工程技术大学 201113 张之梁. 零电压开关 PWM 全桥三电平变换器D. 南京航空航天大学 200514 顾晓明. 宽范围双管正激型 DC/DC 变换电路研究D. 浙江大学 200515 金吉. 磁集成正激变换器的系统研究D. 南京航空航天大学 201016 何登峰. 低压大电流正激变换器的关键技术研究D. 西安科技大学 201017 任思宇. 用于有源箝位模块电源的穿孔平板磁器件研究D. 哈尔滨工业大学 201018 李鹏. 基于单周控制的数控直流电源的研