论文部分内容阅读
随着电力电子技术的不断发展,减少体积、重量、成本以及改善动态性能变得越来越重要。无源元件电感、电容通常决定功率转换器的大小和重量。增加开关频率可以减少所需的存储能量,允许使用较小的无源元件。此外,更高的频率可以显著地提高瞬态性能和控制带宽。足够高的工作频率允许使用空气磁芯,为变换器的集成铺平了道路。因此,如果能够解决损耗、效率和控制方面的问题,那么大大增加开关频率可以使功率转换器实现更好的性能。本文设计的工作频率4MHz隔离型谐振DC/DC变换器,其主功率拓扑由2ClassΦ2谐振逆变单元与Class DE谐振整流单元级联构成。本文详细分析了谐振逆变单元和谐振整流单元的工作过程。功率管关闭时间内,对功率管并联的电容充放电使其导通时漏源极电压为零,即使功率管实现零电压导通,并通过二次谐振单元来有效减小功率管两端的电压应力;对Class DE谐振整流单元通过推算出其等效电路模型来设计其谐振参数,并且实现逆变单元和整流单元之间的阻抗匹配。PCB平面变压器有高度低、重量轻、散热快、体积小、参数一致性较好等优点,本文选择带磁芯的PCB平面变压器实现变换器原边和副边的电气隔离。论文选择较为适合的磁芯材料,对变压器的参数进行计算,得到匝比、匝数、线宽等参数,并且在HFSS有限元软件中建立了PCB变压器的几何模型,得到变压器的副边漏感参数,再结合设计目标,折中考虑后得到的PCB变压器的几何参数。本文采用滞环ON/OFF控制实现对DC/DC变换器的闭环调节,滞环比较器输出的低频ON/OFF信号用于控制DC/DC变换器开通与关断。该控制方式使功率变换器输出电压在比较器的上、下门限电压之间波动,从而达到稳定输出电压的目的。最后,搭建4MHz隔离型DC/DC变换器实验样机,实验结果验证了逆变单元功率管能够实现零电压开通,有效控制了功率管两端的电压应力,变换器输出电压纹波为230mV,满足设计要求。