【摘 要】
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在中大功率开关电源中,移相全桥变换器因其开关管电压应力小、易实现软开关、传输功率大等优势得到了广泛应用。本文聚焦于要求低压大电流输出的特种电源,设计了一款基于SiC功率器件和串并联变压器的移相全桥变换器,研究内容包括国产SiC功率器件选型测试、驱动电路优化、移相全桥副边电压振荡抑制、磁性元件设计与优化、数字控制器设计与对比等。本文对国产SiC MOSFET的开关特性进行分析,针对其开关特性做了双脉
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在中大功率开关电源中,移相全桥变换器因其开关管电压应力小、易实现软开关、传输功率大等优势得到了广泛应用。本文聚焦于要求低压大电流输出的特种电源,设计了一款基于SiC功率器件和串并联变压器的移相全桥变换器,研究内容包括国产SiC功率器件选型测试、驱动电路优化、移相全桥副边电压振荡抑制、磁性元件设计与优化、数字控制器设计与对比等。本文对国产SiC MOSFET的开关特性进行分析,针对其开关特性做了双脉冲测试,对比了其与同等级Si器件的性能差异。基于双脉冲测试结果,完成了国产化SiC MOSFET选型设计和驱动电路优化设计,减小了桥臂间串扰。此外,本文针对SiC肖特基二极管（Schottky Barrier Diode,SBD）进行了反向恢复特性测试,在应对副边电压振荡方面与Si SBD进行了对比,引入了原边钳位二极管抑制该振荡,对比了引入钳位二极管前后变换器的性能,得到了钳位二极管可以增大滞后桥臂软开关范围的结论。为了提升变换器输出大电流的能力,本文设计了原边串联、副边并联的变压器。本文针对串并联变压器进行了建模,对比单个变压器,串并联变压器体积更小,损耗分布更为均匀,散热条件更好。本文还针对串并联变压器副边并联支路的均流问题进行了理论和仿真分析,发现其在副边各支路参数不一致时,仍能保证良好的静态和动态自然均流特性,并搭建实验平台验证了结论的正确。本文以特种电源的输出特性要求为依据,设计了恒流输出的移相全桥数字PI控制器和滑模控制器,在工程样机中对比了二者的性能差异,得到了滑模控制器具有更加良好的动态性能的结论。根据研究和设计结果,本文设计了一款额定输出功率8 k W、额定输出电流200 A的工程样机,进行实验分析和验证,验证了所设计变换器在抑制副边电压振荡、软开关、副边自然均流、恒流输出特性等方面的优异性能。
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