【摘 要】
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相对于电池储能,超级电容器有功率密度大、寿命长的优点,因此在新能源发电、新能源车、应急电源等行业广泛应用。超级电容应用过程中,其电压随着存贮能量变化而大幅度变化,通常最大电压与最低电压比达到两倍以上,因此与之配套的变流器控制电源要适应宽输入电压范围。本文针对以超级电容为储能介质的EPS(Emergency Power Supply)电源,研制宽输入电压范围的高效率控制电源。本文根据宽输入电压范围的
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相对于电池储能,超级电容器有功率密度大、寿命长的优点,因此在新能源发电、新能源车、应急电源等行业广泛应用。超级电容应用过程中,其电压随着存贮能量变化而大幅度变化,通常最大电压与最低电压比达到两倍以上,因此与之配套的变流器控制电源要适应宽输入电压范围。本文针对以超级电容为储能介质的EPS(Emergency Power Supply)电源,研制宽输入电压范围的高效率控制电源。本文根据宽输入电压范围的要求,选择反激变换器作为基本拓扑。鉴于传统反激变换器硬开关电压应力高、低效率的问题,设计了准谐振反激变换器实现谷值导通提高效率。针对准谐振变换器仅能降低开关损耗不能利用漏电感能量,又进一步改进为有源箝位反激变换器。有源箝位反激变换器利用钳位电容吸收漏电感能量,同时可利用变压器励磁电感以及变压器漏感构成谐振电路,实现功率器件的软开关,从而提高效率、减小EMI(Electromagnetic Interference)。宽输入电压范围下主开关管结电容储能差异大,为了更大负载范围实现软开关,选择双向励磁方式,通过励磁电感实现软开关。分析了输入电压对结电容放电的影响,输入电压越高则结电容放电时间越长,所需电感储能越大。分析了钳位电容对原边ZVS(Zero-Voltage-Switching)和副边ZCS(Zero-Current-Switching)实现的影响。宽输入电压会影响放电时间,因而设计了自适应的死区时间控制。针对不同负载,设计了待机模式、轻载模式、可调跳频模式、以及可调负载模式四种不同工作模式的切换。为了进一步减小整流侧损耗,副边选择同步整流管代替二极管,并且分析了同步整流管的ZCS关断条件,以实现更高效率。研制了输入直流110V到310V、输出直流24V/70W的开关电源。传统RCD无源箝位反激式开关电源控制器采用UC3842芯片,准谐振采用UCC28600作为主控芯片,有源箝位采用最新反激式有源箝位芯片UCC28780。准谐振通过谷底导通可减小开关损耗,有源钳位变换器回收漏感能量,并且实时检测主开关管漏极电压实现ZVS导通,可实现更高效率。通过比较三个电源的效率,发现有源箝位比传统无源钳位反激式开关电源的效率高出近10个百分点,重载时比准谐振电源高出近5个百分点。通过实验观察了开关管实现ZVS导通的过程,并且分析了失去软开关的现象,通过调整死区时间重新实现了软开关。理论和样机实验表明:有源箝位反激变换器可以在宽输入电压范围的条件下应用,可以实现高效率的辅助电源。
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