1KW高效220V DC180V DC高频直流变换器

图3 一个开关周期内稳态波形
（1）开关模态1[t0，t1] t0时刻前，VQ1导通，变压器初级总电流为正，经VQ1，，Ls，Lm和N1，，流通； VQ4及其反并二极管VD4导通，初级向次级传递能量；忽略Ls电压，变压器次级输出 电压=（- ）N2/N1。在t0时刻，VQ1关断，由于有C1及C2，VQ1为ZVS关断。C1的电 压近似线性上升，C2的电压近似线性下降,变压器初级电压up下降，导致下降。t1时刻， 由下降到，Up下降到零。 （2）开关模态2 [t1，t2] t1 时刻后，继续下降，Up变为负值,次级绕组N3开始有电流经VD3导通。由于Ls 存 在，，i1，i2，i3 等电流不能突变，同时为保持不变,VD3，VD4 共同导通，变压器次 级等效短路，=0。由于次级短路，Up全部加在Ls上，、i1开始减小，折射到次级为i2 减小、i3 增加；此阶段励磁电流几乎不变;C1，C2和漏感串联谐振。t2时刻，C1电压 上升到，下降到零。 （3）开关模态3[t2，t3] t2 时刻后， 为零，经VD2流通，全部反向加在Ls上，、i1 线性下降，同时i2减小，i3 增加，不变。至t3时刻，i2=0，i3=，次级结束短路状态。 （4）开关模态4[t3，t4] t3 时刻后，变压器短路状态结束，经VD2 流通， 反向加在Ls及Lm 上，、线性减小； 忽略漏感电压，=N3/N1，次级VQ3、VD3导通，初级向次级传递能量。 （5）开关模态5[t4，t5] t4 时刻，VQ2 实现ZVS开通（开通前经VD2流通）。、继续线性减小。至t5时刻，减 小到零，=-i1。为使VQ2 实现ZVS 开通，必须保证VQ2开通时刻t4在t2~t5之间。 （6）开关模态6[t5，t6] VQ2继续导通， 反向线性增大，经、VQ2、Lm及N1、Ls流通；先线性减小至零，再 反向线性增大；经VQ3、VD3流通。t6时刻，VQ2实现ZVS 关断。 [t6，t12]为后半个开关周期，其电路工作情况与前半个开关周期[t0，t6]类似。
• 二. 直流变换器的应用现状与前景
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被 广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控 制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波 器代替变阻器可节约20％～30％的电能。直流斩波器不仅能起到调压的作用 (开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
(t 2 t 0 ) T d 2 (t 5 t 0 )
3. 试验结果
• 根据上述设计研制了一台150W的原理样机，其输入电源为390V，输出电压为12V，额定 输出电流为12.5A。选择开关工作频率为70kHz；变压器匝比N1：N2：N3=36：2：3，初 级绕组励磁电感Lm=465，漏感为8（含次级折算值），输出滤波电感Lf=3 。开关管VQ1、 VQ2 选用STP12NM50FP（12 A/500 V，=0.30 ；同步开关管VQ3、VQ4选用FDB045AN08A0 （80 A/75V，=4.5）。
• 1. 电路工作原理
图2 给出了AHB 变换器的电路拓扑结构。同步整流管VQ3、VQ4 分别由变压器 的2个单 匝绕组进行互补驱动，以减小导通损耗；、构成输出滤波器；电阻用来检测初级开关 管电流。
VQ1 VD1 C1 Tr Uin A VQ2 RS Cd E LS N1 VD1 C2 Lm N3 N2 VQ3 Lf Cf i0 RL u0 VD3
2. 关键电路参数设计与分析
1）输出电压： U O U in D (1 D )(
N2 N1 N3 N1 )
2）ZVS实现： VQ1、VQ2实现ZVS 开通需分别满足下面条件：
I p7
U in Uc d Zn
Iຫໍສະໝຸດ Baidu
p1

Uc Z
d n
3）为使VQ2实现ZVS开通，必须保证VQ2开通时刻t4在t2~t5之间。 则死区时间 Td2=t4-t0 应满足：
VQ4 VD4
图2 AHB直流变换器的电路结构
图3 示出变换器在一个开关周期内的工作波形。在一个开关周期内，变换器可分为12 个工作模态。为便于分析袁先假设：①所有器件均为理想元件；②、 足够大，其电压 纹波可忽略不计；③结电容C1=C2=C；④Lf 足够大，在开关期间，可认为是一个电流 为IL的恒流源。
1. 电路工作原理 2. 关键电路参数设计与分析 3. 试验结果
• 四.总结与致谢
• 一. 直流变换器的原理与分类
DC/DC变换是将某一幅值的直流电压变换成另一幅值的直流电压，也称为直流斩波。直 流变换器一般具有开关桥路、PWM（脉宽调制）控制器、电流取样、功率补偿、整流滤 波等几大功能模块。如下图所示：
• 四.总结与致谢
本次科研立项分析并研制了一种新颖的AHB变换器，它利用变 压器励磁电流，可在全负载范围内实现开关管的ZVS。由于ZVS 的 实现条件是励磁电流峰值必须大于次级电流折算值，故只适用于小 功率应用场合。该电路的结构简单、实现容易、体积小、成本低且
变换效率高，因此具有一定的实用价值。
在参与这次科研项目的过程中，我得到了张友军导师以及同组 同学的许多帮助，学到了非常多的宝贵的知识，受益颇深，在此， 我要向他们致以深深的敬意和感谢！
按照输入电压与输出电压的关系，常用直流变换器有以下几种： （1）Buck电路—降压斩波器，其输出平均电压 U0小于输入电压，极性相同。
（2）Boost电路—升压斩波器其输出平均电压 U0大于输入电压，极性相同。
（3）Buck－Boost电路—降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压，极 性相反，电感传输。 （4）电路——降压或升压斩波器，其输出平均电 压U0大于或小于输入电压，极性相反， 电容传输。此外还有、Zeta等电路。 上述均为非隔离型电路，隔离型电路有正激电路、反激电路、半桥电路、全桥电路、推挽 电路。
苏州大学
第11批大学生课外学术科研基金项目
项目名称：1KW高效220V DC/180V DC 高频直流变换器的研制 项目负责人： 陈 志 娟 项目指导教师： 张 友 军 项目所在单位： 机电工程学院 项目起止时间： 2008.9—2009.9
• 一. 直流变换器的原理与分类 • 二. 直流变换器的应用现状与前景 • 三.1KW高效220V DC/180V DC高频直流变换器的 研制 ：
输入Vi,Ci 储能电感L PWM 整流滤波 D,C 输出Vo
Vcc
功率开关S 反 馈
功率补偿 Rr,Cr
PWM控制器
电流取样 Rs
图1 直流变换器一般结构 其工作原理为： 输出经过反馈电路接到PWM控制器的反馈信号输入引脚FB pin，反馈电压VFB与设定好的 比较电压比较后，产生差错电压信号，PWM控制器根据差错电压的大小调节占空比，控 制功率开关的开通与闭合，从而达到控制输出电压的目的；经过功率补偿和整流滤波， 输出波形是较完美的正弦波。
进入20世纪90年代,DC/DC变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高, 大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统， 服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送 设备,有着广阔的应用前景。
• 二、1KW高效220V DC/180V DC高频直流变换 器的研制