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传统的谐振变换器一般采用频率调制方式,这种控制方式存在很大局限性:(1)输入电压范围窄;(2)串联谐振型变换器中,轻载时,由于品质因数Q减小,输出电压对频率的敏感性降低,输出电压无法调节;(3)轻载时,变换器工作在高频条件下,开关损耗增大,降低了变换器效率。(4)频控制环节设计较为复杂,由于采用调频(PFM)控制方式,这样不利于输出滤波器的优化设计。因此,为了满足高效、高频、高功率密度谐振变换器的要求,目前出现了脉宽调制型谐振变换器。脉宽调制型谐振变换器的开关损耗明显降低,且变换器能工作于高频条件下,对中、大功率变换器而言,也能实现高功率密度。但是,对于小功率变换器来说,其所需元器件较多,结构复杂,降低了功率密度,成本也增大。
本文针对上述缺点,将移相全桥串联谐振变换器与Class-E并联电容低dv/dt整流器结合,提出了一种新型的谐振变换器拓扑。
本文首先介绍了谐振变换器提出的背景,并对谐振变换器进行了分类比较,重点介绍了基本谐振电路的工作原理和基本关系。在分别讨论了典型移相全桥变换器和Class-E并联电容低dv/dt整流器的工作原理的基础上,对新拓扑进行了分析,明确了新型移相全桥谐振变换器软开关实现的条件,并对副边同步整流管的驱动方式进行了讨论。
然后,采用simetrix仿真软件对电路进行仿真,重点对电路的软开关进行了仿真分析。通过比较有、无辅助支路时的仿真波形,说明了辅助支路对变换器软开关实现的作用。同时讨论了谐振同步整流的实现以及改进方法。
其次,对电路的试验参数进行了设计,重点是磁性元件的设计。在介绍了控制芯片和驱动芯片基本资料的基础上,提出了移相全桥的控制电路,对控制电路参数进行了设计,并利用试验验证了控制电路的可行性。
最后,本论文为了验证所提出的电路拓扑的优越性进行了试验研究工作,并对得到的试验波形进行了详细的分析,说明了新拓扑的可行性。利用试验所得的效率参数绘制了效率曲线,并对电路进行了简要的损耗分析。