高效高精小功率DC-DC电力变换器设计与实现

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本论文设计了一种高效高精小功率DC-DC(直流-直流)电力变换器,它可以将一种形式的直流电转换为另一种形式的直流电,其主要功能是根据提出的技术指标,对给定的电压和电流进行变换,并给蓄电池充电。本论文设计的高效高精小功率DC-DC电力变换器由三大部分组成,全桥LLC谐振变换器,交错Buck降压变换器和辅助电源。全桥LLC谐振变换器采用软开关控制,完成电压匹配和隔离的功能;交错Buck降压变换器负责降压和调节输出电压,可对电池充电;辅助电源提供高效高精小功率DC-DC电力变换器所需的各种控制电压,具备超宽的输入电压适应范围。本设计将LLC谐振变换器和交错Buck变换器同时应用在DC-DC电力变换器上,既起到了隔离的作用,又提升了变换器的效率。目前,此DC-DC电力变换器已研制成功,可以对蓄电池进行充电。本文绪论中介绍了论文研究的背景及意义,蓄电池充电装置的发展以及软开关技术。在此基础上采用全桥式拓扑结构进行高效高精小功率DC-DC电力变换器的设计,从效率的观点来看,全桥式拓扑是首选的方法,因为它将初级线圈的损耗降到了最低,并且最大程度地利用了变压器。此外,全桥式电路中的开关电流只有半桥式电路的一半,这意味着减小了电路中损耗。总体设计方案中分析了LLC谐振变换器及Buck降压变换器的基本原理及功能,并对功率主回路和其他辅助电路方案进行了设计。本设计的前级全桥LLC谐振部分采用全软开关进行控制,可同时实现主功率器件的ZVS和ZCS,在最大程度上减少了主功率器件的开通损耗和关断损耗,提高了DC-DC电力变换器的变换效率;后级交错Buck降压部分采用两路输入,可使输出电流的纹波大为减少。此外,对高效高精小功率DC-DC电力变换器的控制方式进行了选择和分析。对全桥LLC谐振部分和交错Buck降压部分进行了设计,二者之间用高频变压器进行隔离。设计内容包括主回路参数计算、变压器设计、主功率器件选取及损耗计算、谐振元件选取及损耗计算、输出滤波电感选取及损耗计算以及效率计算。在此基础上,对全桥LLC谐振部分及交错Buck降压部分的控制电路及驱动电路进行了设计和分析。搭建了一个蓄电池充电装置试验平台,进行了试验验证,并分析了试验波形和试验数据。试验结果表明,本设计的高效高精小功率DC-DC电力变换器具有高性能、高效率、宽输出电压范围等特点,可以满足预期的技术指标要求。
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