改善大功率开关变换器性能的理论与实践

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随着电力电子技术的发展,小型化、绿色化、模块化、智能化、数字化已成为开关电源的主要发展趋势。本课题针对开关功率变换器的小型化和绿色化进行研究。主要的研究工作集中在两个方面:高效单相PFC拓扑及其控制技术和DC/DC的软开关电路。 基于对开关功率变换器中PFC工作原理深入全面的分析,本文对现有BOOST-PFC电路中功率传递续流二极管存在的反向恢复电流影响效率的问题进行了深入研究,说明了续流二极管的反向恢复电流是引起变换器效率损失的重要因素。据此提出了两种新颖、实用、高效的无源无损吸收单相PFC新拓扑,所提出的电路可以使BOOST变换器的能量得到有效转移,并能克服普通无损吸收电路存在的能量转移不完全的缺陷,从而使BOOST-PFC变换器效率明显提高。 在中大功率的开关电源中,DC/DC变换部分用的最多的电路就是全桥电路,本课题还对DC/DC全桥电路的多种控制方式进行了研究,在对硬开关全桥电路和现有软开关全桥电路损耗研究的基础上,分析了输出整流二极管反向电压尖峰产生的原因及对电路效率的影响。提出了一种新型副边钳位全桥移相电路的方法,此方法可有效解决输出整流二极管反向电压尖峰的问题,并能提高电路的效率和扩大电路实现零电压开关(ZVS)的负载范围。 文中对提出电路的工作过程进行了详细的理论分析和仿真研究,完成了3kW高频开关电源的方案设计和实验验证,证明了所提出的PFC方案和副边钳位全桥移相方案可有效提高开关电源的整体效率,并能进一步实现变换器的小型化和改善变换器的EMC。实验证明提出的电路方案是可行的。
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