能量注入式谐振型开关电源的研究

论文摘要

电源是各类电子设备的重要组成部分,没有高质量的电源,难以保证电子设备的正常工作。由于高频开关电源在重量、体积和效率等方面是线性电源无可比拟的,因此在众多领域中得到广泛应用。但是采用硬开关方式的传统开关电源中仍然存在着开关损耗大、结构复杂效率低等问题。现代电力电子技术发展以及新型功率器件的出现,为开关电源向更小型化和更高频化方向发展提供了物质基础,并且采用谐振软开关技术的开关电源解决了传统开关电源中存在的问题。谐振开关电源是由开关管加上谐振LC电路构成的,它使流过开关管的电流变为正弦波而不是方波,然后设法使开关管在正弦电流过零处导通和关断,谐振型开关电源能够在较高频率下工作并降低开关损耗。本文将能量注入技术引入到谐振型开关电源中,并对引入能量注入技术的谐振型开关电源进行了工作原理分析,建模仿真的理论研究,同时搭建了硬件电路进行了实验研究。本文以重庆市的科技攻关项目为背景,围绕能量注入式谐振型开关电源技术进行了研究。论文首先对开关电源和谐振型开关电源国内外研究现状和发展趋势进行了简要的分析,接下来对能量注入式谐振型开关电源的几种拓扑结构进行了详细的研究,通过对两类五种拓扑结构的比较得出具有整流环节的能量注入式谐振型开关电源的拓扑结构更具有实用性和研究意义。另外对能量注入式谐振型开关电源的工作原理进行了详细分析,并根据四个不同工作模态建立了相应的数学等效模型,对数学模型进行求解得出了电源实现ZCS的条件。并在SIMULINK仿真平台上搭建了模型,进行了仿真研究并根据仿真结果分析了电源各个驱动管上的不同工作状态。对不同负载的情况下电源的工作特点进行了说明。同时也给出了电路中开关管在零电流切换下的仿真波形。最后论文根据仿真研究结果完成了硬件实验电路的设计,并对硬件电路中具体的控制器选择、驱动电路、检测电路及高频变压器的设计进行了详细地阐述,给出了硬件电路的实验结果,并且对这些实验结果进行了详细地分析,验证了能量注入式谐振型开关电源的可行性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 谐振型开关电源的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 开关电源的研究现状
• 1.2.2 开关电源的发展趋势
• 1.2.3 谐振型开关电源的研究现状
• 1.3 课题的研究意义和主要内容
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 能量注入式谐振型开关电源拓扑
• 2.1 两类电源拓扑
• 2.1.1 无整流环节的电源拓扑
• 2.1.2 具有整流环节电源拓扑
• 2.2 两类拓扑的对比
• 2.3 本章小结
• 3 工作原理分析及建模仿真研究
• 3.1 工作原理分析
• 3.2 电源的数学建模
• 3.2.1 变压器的等效电路
• 3.2.2 零电流开关的条件
• 3.2.3 数学等效模型
• 3.3 仿真研究
• 3.3.1 仿真结果分析
• 3.3.2 电源各个开关管上的开关波形
• 3.4 本章小结
• 4 实验装置的软件硬件设计
• 4.1 电源的总体设计
• 4.1.1 主电路结构
• 4.1.2 系统控制结构框图
• 4.2 具体硬件电路的设计
• 4.2.1 功率器件的选取
• 4.2.2 驱动电路
• 4.2.3 检测电路
• 4.2.4 超前校正电路
• 4.2.5 输出滤波电路
• 4.3 控制器选型与软件设计
• 4.3.1 TMS320F2812 控制器
• 4.3.2 TMS320F2812 的ADC 模块
• 4.3.3 软件设计
• 4.4 高频变压器的设计
• 4.4.1 设计方法和要求
• 4.4.2 参数计算
• 4.4.3 变压器的绕法
• 4.5 本章小结
• 5 实验结果及分析
• 5.1 实验测试内容
• 5.2 实验结果
• 5.3 本章小结
• 6 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B.作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目