【摘 要】
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蓬勃发展的消费类电子领域对高效率、高频率和高功率密度的AC/DC电源需求迫切。作为研究热门之一的ACF变换器在传统反激变换器的基础上,实现零电压开关保证高效率,并与Ga N器件结合实现高频率。然而目前该变换器在动态性能与效率及稳定性上还存在优化的空间。本文的研究基于数字控制Cr CM的ACF变换器,内容如下:第一,研究高频ACF变换器的动态性能。因为Cr CM谐振的完整性,其不适用CCM小信号建模
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蓬勃发展的消费类电子领域对高效率、高频率和高功率密度的AC/DC电源需求迫切。作为研究热门之一的ACF变换器在传统反激变换器的基础上,实现零电压开关保证高效率,并与Ga N器件结合实现高频率。然而目前该变换器在动态性能与效率及稳定性上还存在优化的空间。本文的研究基于数字控制Cr CM的ACF变换器,内容如下:第一,研究高频ACF变换器的动态性能。因为Cr CM谐振的完整性,其不适用CCM小信号建模方法,故引入钳位电容电压,精确描述Cr CM的谐振过程,并推导出Cr CM小信号模型。其次,根据传递函数的特点选择数字补偿器,并求解参数。此外,为降低数字延时,权衡ADC采样延时与精度的关系;为提升程序运行效率,明确主程序和中断的职能,优化中断触发条件。第二,研究高频ACF变换器的效率及稳定性。现有ACF变频控制需采样高频信号,采样难度高且控制环路复杂,故本文提出高效且控制简单的自适应变频控制。首先,为保证样机以最优频率工作,推导Cr CM周期模型,结合实验数据,精确求解模型参数。其次,为提升样机轻载效率,本文设计自适应轻载控制,并解决输出电流精确采样问题。稳定性优化上,为避免采样信号间的干扰,合理配置双ADC采样通道与队列;为提高模式切换的稳定性,优化软启动与自适应变频的切换。第三,研究高频ACF变换器频率响应数据的测试。本文使用添加PRBS扰动的测试方案,在优化过程中,添加预加重、去加重、截断处理、曲线平滑处理等环节,获得相对平滑且准确的频率响应数据。该方案适用于数字开关电源,对仪器依赖性小,应用前景广阔。基于上述研究,本文所设计的控制方案在输入100 VAC～220VAC,输出19.5V/0.33A～3.3A的样机平台上进行了验证:（1）采用动态性能优化方案后,半载和满载间切换的平均调节时间为455μs,超调量为9%,较优化前提升25.8%和40%,动态性能提升明显。（2）采用效率优化方案后,满载下峰值和平均效率为91.6%和90.3%,10%负载下峰值效率为74.4%,较优化前有1%、2.4%和25%的提升,效率优化效果明显。
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