600W高效率高功率密度DCDC电源的研制
基于UCC3818A的600W APFC电源设计
基于UCC3818A的600W APFC电源设计张兴;秦会斌;郭石磊【摘要】介绍了应用于电动观光车充电器前级的一种APFC (Active Power Factor Correction)方案.基于UCC3818A控制电路,选用Boost拓扑,采用平均电流控制方式实现了电路设计.对电路工作原理和各部分功能设计做了简要的分析.实验表明,在600 W时PF(Power Factor)值能够达到0.984以上,该方案具有一定的应用参考价值.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2015(034)006【总页数】4页(P23-25,28)【关键词】APFC;UCC3818A;Boost;PF【作者】张兴;秦会斌;郭石磊【作者单位】杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,浙江杭州310018;杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,浙江杭州310018;杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TN402对于一款功率因数大于0.9的观光电动车充电器，采用传统的不控二极管整流+DC/DC变换器显然不能满足要求。
无源功率因数通常只能校正到0.8左右，而且谐波含量仅能降低50％左右［1］。
有源功率因数校正（APFC）技术通过控制开关器件构成开关电路对输入电流的波形进行控制，它可以使输入电流波形跟踪输入电压波形而获得接近于1的功率因数，谐波含量也降低至5％以下。
在APFC的各种控制方式中，平均电流控制方式电流环有较高的增益带宽，对噪声不敏感、稳定性高，得到了广泛应用［2］。
采用平均电流控制APFC+DC/DC变换器可以满足设计要求。
德州仪器的UCC3818A系列提供了APFC预调节器所需的全部必要功能，同时还具有低启动电流、低功耗、过压保护、低压锁存检测电路等功能，可以提高电路的可靠性和安全性。
本文针对UCC3818A构成的 Boost开关拓扑实现的 600 W APFC电路进行介绍。
DCDC模块电源的设计方法
• • •
三种基本的隔离开关电源：
L Vin
Lm
D
Vo
Vin
D1
D2
Vo
S
S
Flyback Converter
正激型变换器
L D1 Vo
Vin
S2
S1
D2
桥式变换器
电感的电磁学定义：
电路的观点：
i(t) + u(t) -
di(t ) u(t ) L dt
磁场的观点：
i(t)
φ
φ
Li(t )
1 B max Bdc B 2
铁磁材料的磁芯损耗的测量：
i(t) LCR Meter
+
u(t) -
根据实际工作的f和 ΔB画出磁芯的磁滞回线 （B-H），磁滞回线的面积即为磁芯损耗
R Q L
1/R代表了磁芯在小信号下的损耗大小。
1/ R
1 QL
Core characteristics analysis(1)
在国际单位制中：B称为磁感应强度，单位：特斯拉 T H称为磁场强度，单位：安培每米 A/m
o 4 107
φ
磁感应强度为B
面积为S
Bds
φ
s
BS
均匀磁场
称为磁通，磁通围绕电流构成一个闭合回路，且大小连续。 B又称为磁通密度
闭合的磁路及磁路中的气隙：
I
磁路长度lc 磁场强度Hc
磁性材料的磁芯损耗：
磁滞损耗：由于磁畴翻转导致的损耗，主要与磁性材 料的性质有关。
涡流损耗：变化的磁通在磁芯形成涡流（感应电流） 导致的损耗，主要与磁性的结晶情况有关。
互相绝缘的硅钢片用来减少涡流损耗。
DCDC变换器的设计方案
DC-DC变换器的设计方案一种模块化高效DC-DC变换器的开发与研制设计方案一、设计任务：设计一个将220VDC升高到600VDC 的DC-DC变换器。
在电阻负载下，要求如下：1、输入电压U=220VDC，输出电压u=600VDC。
2、输出额定电流|;:=2.5A，最大输出电流Iomax=3Ao3、当输入山在小范围内变化时，电压调整率SV W2%（在匕=2.5A时）。
4、当|<在小范围你变化时，负载调整率SI W5%（在||=220VDC时）。
5、要求该变换器的在满载时的效率n±90%o6、输出噪声纹波电压峰-峰值U t）pp<1V（在Ui=220VDC,u=600VDC,［（=2・5A条件下）。
7、要求该变换器具有过流保护功能，动作电流设定在3A o8、设计相关均流电路，实现多个模块之间的并联输出。
二、设计方案分析1、DC-DC升压变换器的整体设计方案主电路图1DC-DC变换器整体电路图如图1升压式DC-DC变换器整体电路所示，该DC/DC电压变换器由主电路、采样电路、控制电路、驱动电路组成；开关电源的主电路单元、样电路单元采、控制电路单元、驱动电路单元组成闭环控制系统，是相对输出电压的自动调整。
控制电路单元以SG3525为核心，精确控制驱动电路，改变驱动电路的驱动信号，达到稳压的目的。
2、DC-DC升压变换器主电路的工作原理DC-DC功率变换器的种类很多。
按照输入/输出电路是否隔离来分，可分为非隔离型和隔离型两大类。
非隔离型的DC-DC变换器又可分为DC600V降压式、升压式、极性反转式等几种；隔离型的DC-DC 变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等几种。
下面主要讨论非隔离型升压式DC-DC 变换器的工作原理。
图2(a )DC-DC变换器主电路图2(b )DC-DC 变换器主电路图2(a )是升压式DC-DC 变换器的主电路，它主要由开关变换电路、高频变压电路、整流电路、输出滤波电路四大部分组成；图1(b )是用matlab 模拟主电路 DC220V出的升压式DC-DC变换器的主电路图。
光伏发电用DCDC变换器的研究
光伏发电用DCDC变换器的研究光伏发电系统是一种可再生能源发电系统，其核心组件是光伏电池板。
光伏电池板将太阳光转换为电能，但是输出的是直流电（DC）信号。
然而，目前供电系统通常使用交流电（AC）信号。
为了将光伏发电系统中的直流电转换为交流电，需要使用DCDC变换器。
DCDC变换器是一种电源变换器，其工作原理是通过调整输入直流电的电压水平，将其转换为输出直流电的电压水平。
由于光伏发电系统的性能受到环境因素的影响，例如日照强度的变化、电池板温度的变化等，因此需要使用DCDC变换器来实现对输出电压的稳定调节。
光伏发电系统中使用的常见DCDC变换器包括升压变换器、降压变换器和升降压变换器。
升压变换器用于将低电压的光伏发电系统输出电压提升到符合要求的电压水平；降压变换器用于将高电压的光伏发电系统输出电压降至符合要求的电压水平；而升降压变换器则可以实现将光伏发电系统输出电压既升压又降压至符合要求的电压水平。
为了提高光伏发电系统的效率以及电能的转换效率，DCDC变换器的研究十分重要。
目前，研究者们主要关注DCDC变换器的功率密度、稳定性、效率和成本等方面。
首先，研究者们致力于提高DCDC变换器的功率密度。
功率密度是指变换器能够传输的功率与其体积之比。
高功率密度的DCDC变换器可以更好地适应紧凑的光伏发电系统组件，提高系统的整体效率。
其次，稳定性是DCDC变换器研究中一个关键的问题。
由于光伏发电系统输出电压的波动，要使其能够稳定输出，需要提供稳定的电源和控制电路。
因此，研究者需要改进DCDC变换器的控制算法和电源设计，使其能够在不同工况下实现稳定的输出。
另外，考虑到光伏发电系统的可靠性要求，DCDC变换器的可靠性也需要加以考虑。
其次，DCDC变换器的效率是一个重要的研究方向。
效率是指变换器输入功率与输出功率之比。
高效率的DCDC变换器可以减小电能的损失，提高系统的整体效率。
为了提高DCDC变换器的效率，研究者需要选择高效率的开关元件和优化变换器的电路拓扑结构。
【分享】PFC+LLC设计的600W开关电源调试全过程及经验讨论
【分享】PFC+LLC设计的600W开关电源调试全过程及经验讨论本⽂从⾃⼰的学习过程和设计的产品⼊⼿, 给⼤家分享电源开发的经验;也希望⼤家可以多多补充，并发表⾃⼰的意见。
电源规格: AC170~265V，输出电压可调范围：90-140VDC，输出电流可调范围：0.5-4.5A，电源要求有并机均流功能，电流不平衡度⼩于3%。
有热插拔功能，当模块故障时、⾃动脱离均流母线，不影响其它模块正常均流。
具有与⾃动化系统连接遥控接⼝，提供 RS485 通讯接⼝。
保护等更多的功能规格，详情参见阅读原⽂。
本⽂主题1、有关 LLC 的⼀些基本概念及其理解2、LLC 的基本⼯作原理。
3、本电源原理图设计思路以及考虑的问题4、磁性器件设计以及计算。
5、调试遇到的问题分享与讨论。
6、在电源⾏业摸爬滚打了5年了，换了⼀次公司，听说的以及和同⾏交流发现唯⼀不变的是降成本，电⼦⾏业产品利润越来越低，有⼈说在电⼦⾏业创业，⽐如⽕如荼的移动互联⽹难，⼤家觉得呢？……看似很简单的问题，未必每个⼈都了解的很清楚。
⾸先提⼀个 LLC 启动的问题，⼤家觉得双谐振电容的 LLC 启动是个怎样的过程？欢迎⼀起讨论。
与传统 PWM（脉宽调节）变换器不同，LLC 是⼀种通过控制开关频率（频率调节）来实现输出电压恒定的谐振电路。
它的优点是：实现原边两个主 MOS 开关的零电压开通（ZVS）和副边整流⼆极管的零电流关断（ZCS），通过软开关技术，可以降低电源的开关损耗，提⾼功率变换器的效率和功率密度。
学习并理解 LLC，我们必须⾸先弄清楚以下两个基本问题：1什么是软开关2LLC电路是如何实现软开关的。
由于普通的拓扑电路的开关管是硬开关的，在导通和关断时 MOS 管的 Vds 电压和电流会产⽣交叠，电压与电流交叠的区域即 MOS 管的导通损耗和关断损耗。
如图所⽰。
区域即 MOS 管的导通损耗和关断损耗。
如图所⽰。
为了降低开关管的开关损耗，提⾼电源的效率，有零电压开关（ZVS ）和零电流开关（ZCS）两种软开关办法。
600W大功率DC-DC升压模块说明书
600W大功率DC-DC升压模块用户手册郑州明禾电子科技有限公司600W大功率DC-DC升压模块是一款宽电压输入，输出电压电流可调的新型升压模块。
产品用料实足，采用定制散热器，散热器和升压板一体化设计。
采用1mm双线绕制电感，高品质滤波电容，升压输出电源品质更好。
板载电源工作指示灯，具有电压调节、电流调节电位器，可随时调节输出电压、电流大小，输入和输出采用8500接线端子，通过电流能力强，保证长时间可靠工作。
技术参数：1、输入电压:12V~60V2、输入电流：15A（MAX）3、输出电压：12V~80V连续可调4、输出电流：10A（MAX）5、输出功率：600W（MAX）6、输出纹波：<50mV7、电压电流调节方式：电位器8、短路保护：15A保险丝9、散热方式：散热器，自然风冷10、接线方式：8500接线端子11、产品尺寸：85mm*62mm*63mm12、重量：251g使用说明：1、正确连接输入输出，注意正负极不能反接，保证输入电压电流在产品要求的范围内。
2、使用时可根据实际需要调节电压电流值，I-ADJ是调节输出电流，V-ADJ是调节输出电压。
应用范围：1、DIY一个输出可调的车载电源，只需要在输入接入12V电源，输出电压可以(14V-80V)自由连续调节，但输出电压不能低于输入电压。
2、万能车载笔记本电源。
输入接12V电源，输出调节成笔记本需要的电压即可工作。
3、升压充电器，可以用12V电源为高于12V的蓄电池充电，例如24V电瓶，并且充电电流可调节。
4、为电子设备供电，只要把电压调节到需要的电压且电流不超过额定电流都是可以正常工作的。
5、系统前级供电，当在做某个项目是，输入为12V-18V，系统板需要24V左右的电源而且功率很大，普通DC-DC模块功率太小，那么本模块将是您最好的选择，不用调试直接上机即可工作，轻松做到高效率大功率升压。
说明：本模块输出功率受模块本身的带载能力之外还受前级电源和后级负载等多种因素影响。
DCDC电源设计方案
DCDC电源设计方案DC-DC电源设计是一种将直流电源转换为不同电压或电流输出的电源设计方案。
DC-DC电源的设计目标是提供高效率、稳定可靠的电源输出，确保电路正常工作和设备正常运行。
本文将介绍DC-DC电源设计的基本原理、设计步骤和一些具体的设计方案。
一、DC-DC电源设计的原理和基本概念DC-DC电源设计基于开关电源的原理，使用开关元件（如MOS管）周期性地开启和关闭来控制电源输出电压和电流的变化。
通过调整开关元件的开关频率、占空比和电压波形等参数，可以实现不同输出电压和电流的调节。
DC-DC电源设计中，常用的基本概念有：1.输入电压：直流电源输入的电压值，例如12V、24V等。
2.输出电压：DC-DC电源输出的电压值，例如5V、3.3V等。
3.输出电流：DC-DC电源输出的电流值，例如1A、2A等。
4.效率：DC-DC电源输出功率与输入功率之比，用来衡量电源转换的效率。
5.稳定性：DC-DC电源输出电压或电流的稳定性，要求在负载变化、输入电压波动等情况下仍能保持稳定。
二、DC-DC电源设计的步骤DC-DC电源设计一般包括以下几个步骤：1.确定设计需求和参数：根据目标设备的需求和规格，确定DC-DC电源的输入电压、输出电压和输出电流等参数。
2. 选择拓扑结构：根据需求参数和应用场景选择合适的DC-DC拓扑结构，常见的有反激式、降压Buck型、升压Boost型、降压升压Buck-Boost型等。
3.选择元器件和设计电路：根据拓扑结构选择合适的开关元件、滤波电感、滤波电容和控制电路等元器件，并设计合理的电路连接方式和参数。
4.进行电路仿真和优化：使用仿真软件对电路进行仿真分析，评估电路的性能指标，并根据仿真结果对电路进行优化调整。
5.PCB设计和布局：根据电路设计结果进行PCB设计和布局，确保电路的稳定性和可靠性。
6.电路调试和测试：对设计好的PCB电路进行调试和测试，验证电路的稳定性、效率和输出性能是否符合设计要求。
最新DCDC总结-概括
DC/DC变换器调研报告一．原理简介开关电源是利用现代电力技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。
开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。
与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。
脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。
一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。
通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值。
最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。
控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。
也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。
他们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。
二．DCDC现状分布式电源系统应用的普及推广以及电池供电移动式电子设备的飞速发展，其电源系统需用的DC/DC电源模块越来越多。
对其性能要求越来越高。
除去常规电性能指标以外，对其体积要求越来越小，也就是对其功率密度的要求越来越高，对转换效率要求也越来越高，也即发热越来越少。
这样其平均无故障工作时间才越来越长，可靠性越来越好。
因此如何开发设计出更高功率密度、更高转换效率、更低成本更高性能的DC/DC转换器始终是近二十年来电力电子技术工程师追求的目标。
例如：二十年前Lucent公司开发出第一个半砖DC/DC时，其输出功率才30W，效率只有78%。
而如今半砖的DC/DC输出功率已达到300W，转换效率高达93.5%。
dcdc开关电源管理芯片的设计
DC-DC开关电源管理芯片的设计引言电源是一切电子设备的心脏部分,其质量的好坏直接影响电子设备的可靠性;而开关电源更为如此,越来越受到人们的重视;目前的计算机设备和各种高效便携式电子产品发展趋于小型化,其功耗都比较大,要求与之配套的电池供电系统体积更小、重量更轻、效率更高,必须采用高效率的DC/ DC开关稳压电源;目前电力电子与电路的发展主要方向是模块化、集成化;具有各种控制功能的专用芯片,近几年发展很迅速集成化、模块化使电源产品体积小、可靠性高,给应用带来极大方便;从另一方面说在开关电源DC-DC变换器中,由于输入电压或输出端负载可能出现波动,应保持平均直流输出电压应能够控制在所要求的幅值偏差范围内,需要复杂的控制技术,于是各种 PWM控制结构的研究就成为研究的热点;在这样的前提下,设计开发开关电源DC-DC 控制芯片,无论是从经济,还是科学研究上都是是很有价值的;1. 开关电源控制电路原理分析DC－DC变换器就是利用一个或多个开关器件的切换,把某一等级直流输入电压变换成另—等级直流输出电压;在给定直流输入电压下,通过调节电路开关器件的导通时间来控制平均输出电压控制方法之一就是采用某一固定频率进行开关切换,并通过调整导通区间长度来控制平均输出电压,这种方法也称为脉宽调制PWM法;PWM从控制方式上可以分为两类,即电压型控制voltage mode control和电流型控制current mode control ;电压型控制方式的基本原理就是通过误差放大器输出信号与一固定的锯齿波进行比较,产生控制用的PWM信号;从控制理论的角度来讲,电压型控制方式是一种单环控制系统;电压控制型变换器是一个二阶系统,它有两个状态变量：输出滤波电容的电压和输出滤波电感的电流;二阶系统是一个有条件稳定系统,只有对控制电路进行精心的设计和计算后,在满足一定的条件下,闭环系统方能稳定的工作;图1即为电压型控制的原理框图;图1 电压型控制的原理框图电流型控制是指将误差放大器输出信号与采样到的电感峰值电流进行比较．从而对输出脉冲的占空比进行控制,使输出的电感峰值电流随误差电压变化而变化;电流控制型是一个一阶系统,而一阶系统是无条件的稳定系统;是在传统的PWM电压控制的基础上,增加电流负反馈环节,使其成为一个双环控制系统,让电感电流不在是一个独立的变量,从而使开关变换器的二阶模型变成了一个一阶系统;信号;从图2中可以看出,与单一闭环的电压控制模式相比,电流模式控制是双闭环控制系统,外环由输出电压反馈电路形成,内环由互感器采样输出电感电流形成;在该双环控制中,由电压外环控制电流内环,即内环电流在每一开关周期内上升,直至达到电压外环设定的误差电压阂值;电流内环是瞬时快速进行逐个脉冲比较工作的,并且监测输出电感电流的动态变化,电压外环只负责控制输出电压;因此电流型控制模式具有比起电压型控制模式大得多的带宽;图2 电流型控制原理框图电流型控制模式有不少优点：线性调整率电压调整率非常好；整个反馈电路变成了一阶电路,由于反馈信号电路与电压型相比,减少了一阶,因此误差放大器的控制环补偿网络得以简化,稳定度得以提高并且改善了频响,具有更大的增益带宽乘积；具有瞬时峰值电流限流功能；简化了反馈控制补偿网络、负载限流、磁通平衡等电路的设计,减少了元器件的数量和成本,这对提高开关电源的功率密度,实现小型化,模块化具有重要的意义;当然了也有缺点,例如占空比大于50％时系统可能出现不稳定性,可能会产生次谐波振荡；另外,在电路拓扑结构选择上也有局限,在升压型和降压—升压型电路中,由于储能电感不在输出端,存在峰值电流与平均电流的误差;对噪声敏感,抗噪声性差等等;对于这样的缺点现在已经有了解决的方案,斜波补偿是很必要的一种方法;2．芯片内部模块的设计本目的是设计一个基于PWM控制的boost升压式DC-DC电源转换芯片,该芯片实现基于双环电压环和电流环一阶控制系统的电流模式PWM控制电路, 在该集成模块内将包括控制、驱动、保护、检测电路等;最后在电路系统基本框架的基础上,结合电力电子技术与微电子技术,采用采用BiCMOS工艺,具体针对DC-DC变换电路的实现进行研究;系统方面的设计以及系统框图和各个功能模块的设计思想图3 系统模块原理框图下面分别的介绍系统各个功能模块：①误差放大电路误差是用于调整变换器的高增益差分放大器;放大器产生误差信号,他被供给PWM比较器;当输出电压样本与内部电压基准比较并放大差值时产生误差信号;误差放大器的2号脚Vref就是基准电压产生的固定基准;② PWM比较器当来自电流取样信号,当然是电感电流和振荡器产生的补偿谐波想加后的电流信号,超过误差信号时,PWM比较器翻转,复位驱动锁存器断开电源开关,以此来控制开关管的开通与关断;③振荡器模块振荡器电路提供一定频率的时钟信号,以设置变换器工作频率,以及用于斜率补偿的定时斜升波;时钟波形为脉冲,而定时斜升波就是用于斜波补偿的,在电感取样端相加;④驱动器锁存器锁存器包括RS触发器与相关逻辑,它通过接通和断开驱动电路来控制电源开关的状态;来自锁存器的低输出电平把它断开;正常工作方式下,在时钟脉冲期间触发器被置为高电平,当PWM比较器输出变为高电平时锁存器复位;⑤软启动电路模块当整个系统刚启动时,电感产生一个很大的冲击电流,软启动让系统开始时不能在全占空比下启动,使输出电压以受控的上升速率增加至额定稳压点;设计思想是利用外接电容的充放电使得占空比慢慢提高,达到输出稳定的目的;⑥电流采样电路提供斜率补偿电流灵敏电压给PWM比较器;⑦保护电路模块监视电源开关的电流,若该值超过额定峰值,则该电路作用,重新开始软启动周期;3．设计中必须要考虑的几点细节问题①关于斜波补偿这是在上文提到过的电流控制型开关变换器中存在的根本性问题;电流控制型就是将实际的电感电流和电压外环设定的电流值分别接到ＰＷＭ比较器的两端进行比较,用来控制开关管;下面分析斜波补偿的原因;如下图分别是占空比大于50%和小于50%的尖峰电流控制的电感电流波形图;图4 斜坡补偿原理分析其中Ve是电压放大器输出的电流设定值,ΔI0是扰动电流,m1,m2分别是电感电流的上升沿及下降沿斜率;由图可知,当占空比小于50%时扰动电流引起的电流误差ΔI l变小了,而占空比大于50%时扰动电流引起的电流误差ΔI l变大了;所以尖峰电流模式控制在占空比大于50%时,经过一个周期会将扰动信号扩大,从而造成工作不稳定,这时需给删比较器加坡度补偿以稳定电路,加了坡度补偿,即使占空比小于50%,电路性能也能得到改善;因此斜坡补偿能很好的增加电路稳定性,使电感电流平均值不随占空比变化,并减小峰值和平均值的误差,斜坡补偿还能抑制次谐波振荡和振铃电感电流;这里就不再详细地说明,斜波补偿方面必须要确定补偿波形的斜率的精确大小,采用的方法就是建立系统模型,导出传递函数,计算出补偿斜率的值;这是很关键的一步;②关于软启动问题DC/ DC开关电源在启动过程中 ,容易产生浪涌电流 ,可能对电子系统产生损伤;为避免启动时输入电流过大,输出电压过冲,在设计中必须采用软启动电路,该方法的不足之处是 ,当输出电压的阈值未达到时 ,发生浪涌电流现象可能对电子系统造成损伤 ,而且在输出电压达到阈值之后 ,也可能因为偶然的过流使得电源多次重新启动;因此应采用基于周期到周期的电流限制门限来限制上电时的浪涌电流,并防止电源多次重新启动;如图5图5 软启动电路4.总结本文对开关电源工作原理进行了详细的分析,对芯片内部模块进行了设计,最后采用BiCMOS工艺对芯片进行实现;,对芯片系统方面的设计又整体的把握,详细的论述了芯片设计的思想,这种方法对其他领域的芯片系统设计又很大帮助,因此有很大意义;。
高效率DCDC变换器的研究
1、转换效率：尽可能减少功率损失，提高能量传输效率。
2、可靠性：选用成熟的、经过实际验证的电路结构，以保证系统的稳定性。 3、功率密度：在满足效率与可靠性的前提下，尽可能提高功率密度，以满足 光伏发电系统的实际需求。
系统设计
系统设计
高升压比DCDC变换器的硬件设计主要包括功率开关管、电感、电容等元器件 的选取。其中，功率开关管的选取最为关键，需要其额定电压、额定电流、开关 频率等参数。电感与电容的选取则需其电气性能、耐压等级以及温度特性等。
引言
关键词：DCDC升压变换器、输入电压、输出电压、功率、电路拓扑。
DCDC升压变换器概述
DCDC升压变换器概述
DCDC升压变换器是一种将直流输入电压转换为较高输出电压的电路，其核心 部件包括开关管、储能元件和调节器。通过控制开关管的通断时间，DCDC升压变 换器可以实现输入电压和输出电压之间的转换。在电子设备领域中，DCDC升压变 换器可用于多种应用场景，如分布式电源系统、电池供电设备、功率因数校正等。
DCDC升压变换器设计建议与经验
2、精确的磁性元件设计：磁性元件是DCDC升压变换器的关键元件之一，需要 进行精确设计。合理选择磁性材料的磁特性、准确计算磁性元件的几何尺寸以及 优化磁性元件的散热设计等，都能提高变换器的性能。
DCDC升压变换器设计建议与经验
3、开关管的选择与优化：开关管是DCDC升压变换器中的关键开关器件，需要 根据应用场景选择合适的开关管类型和参数。例如，在需要高频率工作的场景下， 可以选择MOSFET作为开关管；在需要低功耗的情况下，可以选择肖特基二极管作 为开关管。
技术原理
DCDC变换器是一种可将直流输入电压转换为直流输出电压的电路模块，其升 压比指的是输出电压与输入电压的比值。高升压比DCDC变换器通过采用先进的拓 扑结构和控制策略，可实现高效率、高可靠性及高功率密度的输出。
高压多电平双向DCDC变换器文献综述
高压多电平双向DCDC变换器文献综述引言随着电力电子技术的不断发展,高压多电平双向DCDC变换器得到了广泛的应用,在现代化工业、军事电子、电力系统中有着重要的地位。
高压多电平双向DCDC变换器具有高效率、高功率密度、小体积、快速响应等优点。
本文旨在对高压多电平双向DCDC变换器的相关文献进行综述和归纳。
文献综述文献一：高可靠性高压多电平DC-DC双向变换器这篇文献中提出了一种高可靠性高压多电平DC-DC双向变换器，并针对该变换器设计一种新型控制器。
该设计中使用了模块化的设计思路，运用VHDL语言进行编程，实现双向DC-DC变换器中的PWM控制和PID控制。
该文献中的实验表明，所设计出的双向变换器具有较好的输出电压质量，输出电流质量和性能稳定性。
同时，该变换器还具有较低的噪声水平和出色的短路保护功能，可以在不同的负载条件下提供高质量的输出电流。
通过使用模块化的设计，该文献所设计出的高压多电平DC-DC双向变换器具有较高的可靠性和稳定性。
文献二：基于GAN的高压多电平双向DCDC变换器网络模型该文献利用深度学习算法中的生成对抗网络（GAN）来建立高压多电平双向DCDC变换器网络模型，并测试其在不同负载下的稳定性和可靠性。
该文献中还引入了一种基于欧拉法的离散控制策略，在不同工况下也有着较好的输出质量和稳定性。
该文献中的实验结果显示，使用GAN网络模型的双向DCDC变换器在不同的负载条件下仍然具有出色的性能，具有较低的失调问题和毛刺问题，运行效率也得到了较大的提高。
而且使用欧拉离散控制策略的实验结果也验证了其在高压多电平双向DCDC变换器的应用效果。
文献三：基于LQR控制的高压多电平双向DCDC变换器该文献中提出了一种基于线性二次调节（LQR）控制器的高压多电平双向DCDC变换器，并对其进行仿真测试。
该设计中使用MATLAB工具箱对双向DCDC 变换器进行数值仿真，对变换器进行多种负载工况的测试。
实验结果表明，使用LQR控制器的高压多电平双向DCDC变换器具有较好的稳定性和鲁棒性，能够在负载改变的情况下快速适应并调节输出电压，具有较好的干扰抗性和降噪效果。
DC600V供电系统
+
-
定子绕组
永磁转子
1
2
3
4
5
6
一体化
A
B
C
1
3
5
4
6
2
三相6拍无刷电机控制逻辑
DC600V 电源
DC/AC 逆变器
通风机
冷凝风机
压缩机
DC110V
应急逆变器
电动机输入电压波形
含有应急通风的系统
DC600V的发展方向-直流变频空调
1目前DC 600V供电系统： 1）设备太多，连线太长，效率不高。 2）空调采用ON-OFF控制，与VVVF控制相比，节能效果差。 3）系统部件多，成本高。 2 直流变频空调的构成 1）中心控制器。 2）IPM变换器。 3）直流无刷电动机。 4）传感器及辅助控制。
中心 控制器
IPM 变换器
通风电机
IPM 变换器
冷凝电机
IPM 变换器
压缩电机
客室 舒适 度及 传感 器
600V+
600V-
直流变频空调的关键技术
1 中心控制器采用模糊控制技术 2 IPM变换器技术 3直流变频技术 -----直流无刷电动机及功率变换器,实现机电一体化. 由模糊控制组成专家系统,控制执行元件.IPM是最新一代功率器件,损耗小,集成度高.直流无刷电动机具有直流电动机的调速特性和交流电动机的电电压
蓄电池电流
+
-
DC600V供电系统存在的问题
1 机车DC600V供电电源的供电品质有待提高.应优化参数,避免产生低频振荡. 2 输出调制波应改为正玄波.调制波输出的问题在于:1)由于电气连线太长,线路阻抗在电动机的输入端产生很高的脉冲电压(高达1000V),对电机的绝缘产生破坏.2)调制波输出使电加热器的漏电流增大,调制频率越高,等效阻抗越小,漏电流越大,易使DC600V电源的接地保护动作,影响整车的正常供电.从这个角度来看,客室电加热器应采用DC600V直接加热的方式,一方面直流电的频率为0,等效阻抗为无穷大,几乎不存在漏电流的问题,另一方面没有功率变换环节,效率比较高,在冬季可以停用逆变器,进行必要的整修. 3 应急通风问题. 目前空调机组所有的电机都接在逆变器上,一旦DC600V或逆变器出现故障,整个客车就没有通风.建议增加DC110V/AC380V应急逆变器,在主逆变器故障时,由蓄电池提供电源,保证车内通风.
高频隔离三电平双向DCDC变换器的研究
高频隔离三电平双向DCDC变换器的研究1. 本文概述随着现代电力电子技术的发展，高频隔离三电平双向DCDC变换器因其高效率、高功率密度以及良好的隔离性能，在可再生能源系统、电动汽车、不间断电源（UPS）等领域得到了广泛应用。
本文旨在深入研究和分析高频隔离三电平双向DCDC变换器的工作原理、控制策略、性能优化及其在实际应用中的挑战和解决方案。
本文将详细阐述高频隔离三电平双向DCDC变换器的基本结构和工作原理，包括其主要组成部分的功能和相互关系。
接着，将探讨变换器在不同工作模式下的性能特点，以及影响其性能的关键因素。
在控制策略方面，本文将重点分析各种控制算法，如相移控制、频率控制等，并评估它们在实际应用中的效果。
同时，还将探讨变换器在不同工况下的动态响应和稳定性问题。
性能优化是本文的另一个研究重点。
通过对变换器的设计参数进行优化，如开关频率、电感值、电容值等，旨在提高变换器的整体效率和功率密度。
本文还将研究变换器的热管理和电磁兼容性（EMC）问题，以期为实际应用提供参考。
本文将讨论高频隔离三电平双向DCDC变换器在实际应用中面临的挑战，如器件选择、成本控制、系统集成等，并提出相应的解决方案。
通过这些研究，本文旨在为高频隔离三电平双向DCDC变换器的设计和应用提供理论指导和实践参考。
2. 三电平双向变换器的基本原理三电平双向DCDC变换器，作为一种高效的电力电子装置，其主要工作原理基于电平的控制和能量转换。
该变换器通过控制开关元件的通断，实现输入端与输出端之间的能量传递和电压转换。
三电平变换器的核心是其独特的输出波形，它能够在输出端产生三个不同的电平，即高电平、低电平和零电平，从而有效减少电压和电流的谐波含量，提高变换效率。
双向变换器的一个重要特性是能够实现能量的双向流动。
这意味着它不仅可以将能量从输入端传递到输出端（正向工作模式），还可以在需要时将能量从输出端传递回输入端（反向工作模式）。
这种双向能量流动机制使得变换器在多种应用场景中具有极高的灵活性和效率，例如在可再生能源系统中，可以根据能量需求调整能量的流向。
大功率DCDC用高频变压器的优化设计——毕业论文
毕业设计（论文）题目大功率DC/DC用高频变压器的优化设计学院（系）：自动化学院专业班级：自动化学生姓名：指导教师：武汉理工大学本科生毕业设计（论文)任务书学生姓名：专业班级：自动化指导教师：工作单位：自动化学院设计(论文)题目: 大功率DC/DC用高频变压器的优化设计设计（论文）主要内容：对大功率高频变压器进行优化设计，研究高频变压器的优化设计方法。
分析变压器用磁芯材料的特性及区别。
讨论绕组线径、匝数、变压器损耗、分布参数等对变压器性能、重量和体积的影响，结合实际的电源系统提出完整的优化设计方法与步骤。
要求完成的主要任务:1．了解全桥式DC/DC的电路图工作原理，输入电压范围29VDC～72VDC，输出电压310VDC～400VDC，额定输出功率，开关频率为20kHz，稳态工作时输出电压脉动峰峰值≤200mV；2．了解变压器的基本构造和工作原理，相关DC/DC配套变压器容量为3500~4000V A，变压器目标工作效率≥98%，整机目标效率≥90%；3．分析变压器磁芯的特性，选择合适的变压器磁芯；4．分析变压器的损耗和影响变压器损耗的因素，通过给定数据设计变压器；5．撰写毕业设计论文，字数不低于15000左右；6．完成英文翻译2万字（其中汉字5000字）；7．参考文献10篇以上（其中外文文献2篇以上）。
必读参考资料：[1] 刘胜利.高频开关电源实用新技术[M].南京：南京航天航空大学出版社南京.[2] 马昌贵.开关电源变压器极其磁芯的发展[J].磁性材料与器件, No[3] 刘凤君.现代高频开关电源技术及应用[M].北京：电子工业出版社.[3] 王瑞华.脉冲变压器设计[M].北京：科学出版社，1996.[4] 伊克宁.变压器设计原理[M].北京：中国电力出版社，2003.指导教师签名：系主任签名：院长签名（章）：武汉理工大学本科学生毕业设计（论文）开题报告目录摘要 (1)ABSTRACT (2)1绪论 (3)本课题的研究背景和意义 (3)国内外研究现状 (4)本文研究的主要内容 (6)2全桥隔离式DC/DC的工作原理 (7)电路组成和工作原理 (7)2.1.1电路组成 (7)2.1.2 工作原理 (7)3 高频变压器的工作原理及特性分析 (11)工作原理及分类 (11)3.1.1 变压器的结构 (11)3.1.2 变压器的原理 (12)3.1.3 变压器的负载运行和电流变换 (13)3.1.3 变压器的分类 (14).高变压器磁芯分析 (15)3.2.1 软磁材料的发展历程 (15)3.2.2 DC/DC对磁心材料的要求 (16)3.2.3磁心损耗特性 (18)高频开关电源变压器绕组分析 (18)3.3.1 绕组损耗 (18)3.3.2 绕组结构 (19)4桥式DC/DC高频变压器的优化设计 (22)4.1.1 影响变压器效率的因素 (22)全桥隔离型DC/DC用高频变压器的参数设计 (24)结束语 (28)参考文献 (29)致谢 (31)摘要随着电源技术的不断发展，高频化和高功率密度化已成为DC/DC系统的研究方向和发展趋势。
dcdc电源模块的实现原理
dcdc电源模块的实现原理DC-DC电源模块的实现原理什么是DC-DC电源模块？DC-DC电源模块是一种电源转换器，它将直流电源的电压从一个水平转换为另一个水平。
这种模块在电子系统中被广泛使用，它能够提供稳定的电压输出，以满足不同电路的需求。
DC-DC电源模块的工作原理1.输入电压稳定器–DC-DC电源模块的第一步是将输入电压稳定在一个可控的水平。
这可以通过电压稳定器来实现，它根据需要调整输入电压的大小。
–电压稳定器通常由三个主要部分组成：参考电压源、误差放大器和功率放大器。
参考电压源产生一个稳定的参考电压，误差放大器检测输入电压与参考电压的差异，并将该差异信号放大，而功率放大器控制输入电压的大小以使其稳定在预定范围内。
2.DC-AC转换–在输入电压稳定后，DC-DC电源模块需要将直流电源转换为交流电源。
这是为了便于使用磁性元件如变压器等来实现电压升降转换。
–电流经过一个开关管，它周期性地开关，但开关频率非常高。
这将产生一个包含许多频率成分的方波信号。
然后，该方波信号通过一个滤波器，高频成分会被滤除，只剩下一个接近正弦波的信号。
3.变换器–接下来是变换器的工作，它能够将交流电源的电压转换为所需输出电压。
变换器通常包括一个电感元件和一个电容元件，它们以特定的方式连接在一起。
–当开关管关闭时，电感元件存储能量，并将其传递给输出负载。
当开关管打开时，电容元件释放存储的能量，以保持输出电压的稳定。
4.控制电路–DC-DC电源模块的最后一步是控制电路。
控制电路负责监测和调整输出电压，以确保其稳定性和符合设定值。
–控制电路通常包括一个反馈回路，它通过将实际输出电压与设定值进行比较，并根据差异来调整开关管的开关频率或占空比，以稳定输出电压。
DC-DC电源模块通过输入电压稳定、DC-AC转换、变换器和控制电路等步骤，实现了将直流电源的电压转换为所需输出电压的功能。
这样的模块在电子系统中起着重要的作用，能够为各种电路提供稳定的电源。
600W高功率密度、高效率DCDC的研制
列功率为５Ｏ ０ Ｗ。外壳几何尺寸为 １ ｘ ｘ ７ｍ （ ． １ ４５ ． ｝或４５ 压却比 ６ ． １ ｒ ２ｔ ３ 较低， 因此电流很大， 此时选择Ｚ Ｃ Ｓ技术至关重要， 对效 ｘ ７ ５？功率密度为６０ ／，二 ５ｗｉ。转换效率对 率的 １ ｘ ｉ） ． ０ ｎ ７ ． ０ ４＇ １ ／＇ Ｗ ｉ ｏ ｎ 提升贡献很大。 不同输出电压及不同输出功率时各不一样。 ３功率 Ｍ ＳＥ 及肖特基二极管在大功率输出时， ． ＯＦ Ｉ 采用芯片直接 满载 半载 装配对降低热阻， 提高输出功率， 提高功率密度非常重要， 可能
几点总结
成为可靠性过 关键。 关的 它可大幅 度缩小所占 空间位置对提高
功率密度缩小体积十分有利。 最高结温在安全可靠的范围内防止半导体器件在高结温状态下 的早期失效。 ５磁性材料的充分合理使用也是做大功率及提高效率减小体积 ． 的一个重要步骤。今后磁材、 变压器及电感将成为进一步提高 效率， 提高功率密度的技术突破口。
Ｖ ３３ － ＞ １ ％ Ｓ Ｗ Ｖ ． －Ｖ ９％ ２ Ｗ 铜底板外壳也是本项目 Ｖ ９． （ Ｏ ） ３ Ｖ ５ ＞３ （ ０ ） ． ． Ｖ ５ ． ５ Ｏ ． ３ ５ ４ 能实现的 重要一着， 它确保了 芯片的
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图１ ０ Ｄ ／Ｃ ６ Ｗ Ｄ 变换器原理图 ０ Ｃ
第十五届全国电源技术年会论文集
集成Ｉ。外可直接接输人电源电压， Ｃ 给人电压后即给出全桥四 个功率 Ｍ ＳＥ 的驱动信号。整个 Ｍ Ｍ的混合体体积不大， ＯＦ Ｉ Ｃ 厚 度很薄， 仅为通用Ｉ Ｃ的两倍。将其放置在全桥 Ｍ ＳＥ 的上部 ＯＦ Ｉ 空间， 驱动信号直接接在 Ｍ ＳＥ 的栅极和源极上， ＯＦ Ｉ 此混合控制 Ｉ只占 Ｃ 天不占地， 又与 Ｍ ＳＥ 紧凑配合。由于内部组成的Ｉ ＯＦ Ｃ Ｃ 大部分为 Ｂ Ｍ Ｓ Ｉ Ｏ 电路静态功耗很小， Ｃ 基本损耗就是驱动全桥四 颖 Ｍ ＳＥ 的损耗。二次同步整流的控制Ｉ也放置于同步整流 ＯＦ Ｔ Ｃ Ｍ ＳＥ 的上面空间， ＯＦ 】 形成一个有机配合。 控制电路中还增加了一点新的尝试， 即在控制部分加人了 一个 Ｓ－的小型 Ｍ Ｕ Ｏ８ Ｃ 。它是一个八位的微处理器， 同２ Ｖ ＿ ４ ＞２ ． Ｖ ９％ ＞ ２
电力电子变压器中双有源桥DCDC变换器的研究
电力电子变压器中双有源桥DCDC变换器的研究一、本文概述随着可再生能源和分布式发电系统的快速发展，电力电子变压器（Power Electronic Transformer, PET）在智能电网和微电网中扮演着越来越重要的角色。
作为PET的核心组成部分，双有源桥DCDC 变换器（Dual Active Bridge, DAB）因其高效率、高功率密度和良好的动态响应特性而备受关注。
本文旨在对电力电子变压器中的双有源桥DCDC变换器进行深入研究，探讨其工作原理、控制策略、优化设计及实际应用中的关键问题。
本文首先介绍电力电子变压器的基本概念和特点，阐述其在现代电力系统中的重要作用。
随后，重点分析双有源桥DCDC变换器的拓扑结构和工作原理，探讨其与传统DCDC变换器的区别和优势。
在此基础上，研究DAB变换器的控制策略，包括移相控制、电压控制等，并分析不同控制策略下的性能和特点。
本文还将关注DAB变换器的优化设计，包括参数选择、损耗分析、热设计等方面。
通过理论分析和实验验证，提出有效的优化方法，提高DAB变换器的效率和可靠性。
本文还将探讨DAB变换器在电力电子变压器中的实际应用，包括并网逆变器、储能系统、微电网等领域，分析其在实际运行中的性能和面临的挑战。
本文的研究成果将为电力电子变压器的设计和应用提供有益的参考，推动智能电网和分布式发电系统的发展。
二、双有源桥DCDC变换器的基本原理双有源桥（Dual Active Bridge, DAB）DCDC变换器是一种基于移相控制的双向DC-DC变换器，其基本原理是通过控制两个全桥逆变器的移相角，实现两个直流电源之间的功率传输和电压变换。
DAB变换器由两个全桥逆变器和一个高频变压器组成，每个全桥逆变器由四个开关管构成，可以独立地控制电流的流向。
高频变压器用于实现两个直流电源之间的电气隔离，同时传递功率。
DAB变换器的工作过程可以分为两个阶段：正向传输和反向传输。
在正向传输阶段，功率从高压侧传输到低压侧；在反向传输阶段，功率从低压侧传输到高压侧。
高频隔离三电平双向DCDC变换器的研究
控制策略及调制方法也是高频隔离三电平双向DCDC变换器研究的重要方面。其 中，常见的控制策略有电压控制、电流控制和功率控制等，而调制方法则有 SPWM、DQPWM和NPCPWM等。选择合适的控制策略和调制方法能够提高系统的性 能和稳定性。
在磁性元件设计方面，需要考虑磁性材料、磁芯结构和气隙等因素。其中，磁 性材料的选择对于整个系统的性能具有重要影响。常见的磁性材料有铁氧体、 钕铁硼和钐钴等。此外，磁芯结构和气隙的设计也会对磁性元件的性能产生影 响。实验验证与优化是高频隔离三电平双向DCDC变换器研究的必要环节。通过 实验验证可以发现理论研究与实际应用之间的差异，并进行相应的优化。
接着分析了该领域的相关研究现状，阐述了高频隔离三电平双向DCDC变换器的 研究方法。最后，详细介绍了实验结果及分析，总结了研究不足和展望未来的 研究方向。
1、引言
随着科技的发展，电力电子技术已成为现代社会不可或缺的一部分。其中， DCDC变换器作为一种重要的电力电子设备，被广泛应用于分布式电源系统、电 动汽车和工业电源等领域。然而，传统的DCDC变换器存在效率低、功率密度低 和噪声大等问题。因此，研究一种高效、高功率密度和低噪声的DCDC变换器具 有重要意义。
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2、相关研究
高频隔离三电平双向DCDC变换器的研究涉及到电力电子技术、磁性元件设计、 控制策略等多个领域。在国内外学者的研究中，对该变换器的研究主要集中在 以下几个方面：（1）高频隔离拓扑结构；（2）三电平拓扑结构；（3）控制 策略及调制方法；（4）磁性元件设计；（5）实验验证与优化。
在高频隔离拓扑结构方面，国内外学者提出了多种不同的实现方法，如高频变 压器、电容隔离和磁隔离等。其中，高频变压器具有体积小、易于集成等优点， 但同时也存在成本高、效率低等问题。电容隔离具有简单、易于实现的优点， 但会对系统效率产生一定的影响。磁隔离作为一种新型的高频隔离技术，具有 高效率、高功率密度等优点，但需要解决磁性元件的设计和控制问题。
隔离型双向全桥DCDC变换器研究
隔离型双向全桥DCDC变换器研究一、概述随着现代电力电子技术的飞速发展，双向全桥DCDC变换器在可再生能源系统、电动汽车、储能系统等领域得到了广泛的应用。
隔离型双向全桥DCDC变换器作为一种高效率、高功率密度的电力电子设备，具有结构简单、控制灵活、能量可双向流动等优点，成为了电力电子领域的研究热点。
本文旨在对隔离型双向全桥DCDC变换器进行深入研究，首先介绍了隔离型双向全桥DCDC变换器的工作原理和基本结构，然后分析了其控制策略和调制方法，接着讨论了变换器的效率优化和热管理问题，最后通过仿真和实验验证了所提出方法的有效性和可行性。
通过对隔离型双向全桥DCDC变换器的深入研究，本文旨在为其在实际应用中的设计和优化提供理论指导和参考，进一步推动隔离型双向全桥DCDC变换器在电力电子领域的发展。
1. 研究背景及意义随着全球能源危机和环境问题的日益严重，可再生能源和电动汽车等领域对高效、高功率密度和高可靠性的电源变换器需求日益增长。
隔离型双向全桥DCDC变换器作为一种重要的电力电子设备，具有结构简单、效率高、功率密度大、控制灵活等优点，被广泛应用于可再生能源发电系统、电动汽车、航空航天、数据中心等领域。
隔离型双向全桥DCDC变换器在实际应用中面临着一些挑战，如开关器件的损耗、电磁干扰、电压和电流的应力、热管理等问题。
研究隔离型双向全桥DCDC变换器的工作原理、设计方法、控制策略和性能优化等方面具有重要的理论和实际意义。
本文旨在对隔离型双向全桥DCDC变换器进行深入研究，分析其工作原理和特性，探讨其设计方法和控制策略，并通过仿真和实验验证所提出的方法和策略的有效性和可行性。
研究成果将为隔离型双向全桥DCDC变换器的优化设计和应用提供理论依据和技术支持，促进可再生能源和电动汽车等领域的发展。
2. 国内外研究现状隔离型双向全桥DCDC变换器作为一种高效、可靠的电力电子变换装置，在新能源发电、电动汽车、数据中心等领域具有广泛的应用前景。
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层还大幅度地减小了ＭＯＳＦＥＩ的栅电荷及栅源、栅漏输人电容。 ＤＣ的总体效率水平从 ９０％上升到了９３％一９５ 。软开关的效
这样造出的新一代 ＭＯＳＦＥＣ在５ＤＡ８０Ｖ时，导通电阻仅有 １０ｍ４， 果在初级侧未发挥出的作用在二次侧得到了充电发挥。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
开关速度为 ２０一３０－，驱动栅电荷仅 ３０ｎＣ把如此优秀的器件用
础工业技术的努力不可少啊！
效率，提高功率密度的技术突破口。
几 点 总结
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导致的占空比丢失，使二次整流的损耗又增大了。由于谐振电 把它们巧妙地组成一个 ＭＣＭ的综合体。此即新组合出的混合
感体积不算小，占用的空间还会降低功率密度。所以．ＭＯＳＦＥＦ
图１ ６００Ｗ ＤＣ／ＤＣ变换器原理图
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第十五届全国电源技术年会论文集
集成ＩＣ。外可直接接输人电源电压，给人电压后即给出全桥四 个功率 ＭＯＳＦＥＩ的驱动信号。整个 ＭＣＭ的混合体体积不大，厚 度很薄，仅为通用ＩＣ的两倍。将其放置在全桥 ＭＯＳＦＥＩ的上部 空间，驱动信号直接接在 ＭＯＳＦＥＩ的栅极和源极上，此混合控制 ＩＣ只占天不占地，又与 ＭＯＳＦＥＣ紧凑配合。由于内部组成的ＩＣ 大部分为 ＢＩＣＭＯＳ电路静态功耗很小，基本损耗就是驱动全桥四 颖 ＭＯＳＦＥＴ的损耗。二次同步整流的控制ＩＣ也放置于同步整流 ＭＯＳＦＥ】的上面空间，形成一个有机配合。
６００Ｗ高功率密度、高效率 ＤＣ／ＤＣ的研制
６００Ｗ 高功率密度、高效率 ＤＣ／ＤＣ的研制
李龙文 上海飞兆科技公司
电子 设 备 中一个稳定可靠、小体积、高效率、低发热的电源 性能的进步造就了电路拓扑的回潮。为了缩小体积，ＭＯＳＦＥＦ选
始终都是电子业界追求的目标。然而，实现的方法、手段却各不 择裸芯片贴装方案，其优点在于既缩小了占用的空间，又减小了
成为可靠性过关的关键。它可大幅度缩小所占空间位置对提高
Ｖ． １ ２ Ｖ一 １８Ｖ＞９３％ Ｖ ． １ ２Ｖ 一 １８ Ｖ＞９４％
功率密度缩小体积十分有利。
Ｖ． ３ ． ３Ｖ －５Ｖ＞９１．５％（ＳＯＯＷ） Ｖ．３ ．３Ｖ－５Ｖ＞９３％（２５０Ｗ） ４．铜底板外壳也是本项目能实现的重要一着，它确保了芯片的
控制 电 路 中还增加了一点新的尝试，即在控制部分加人了
一个 ＳＯ－８的小型 ＭＣＵ。它是一个八位的微处理器，同时含有足 够的ＲＡＭ和ＲＯＭ．Ｒ ＯＭ可事先写人所需程序。本项目中用它 做了起动、关断、输入的过压、欠压保护。整个 ＤＣ／ＤＣ的过热保 护、输出过流保护、短路保护等。尚未让数字控制进人 ＰＷＭ的 控制环，这样做并不复杂却使 ＤＣ／ＤＣ向数字化控制迈出了第一
相同。怎样实现高效率高功率密度的 ＤＣ／ＤＣ，业界几乎都认为 功率元件的热阻，使其热量仅间隔一层氧化桩薄片就到达外壳，
必须提高开关频率才能实现。然而，提高开关频率却并不十分 经散热器导出。这种作法对提高可靠性、增加 ＭＴＢＦ至关重要，
理想。一者频率升高后变压器磁芯的饱和磁密会降低，并不能 也是本项目提高功率密度的大手笔，将节省的空间用于放置体
使体积大幅度减下来。开关元件的开关损耗及驱动损耗的大幅 积加大的变压器和滤波电感。
度上升使效率大大降低。就是采用所谓软开关电路拓朴也只能
为充 分 地 利用变压器的绕组．在二次侧不采用中心抽头式
减少开关元件的开关损耗，而驱动损耗是降不下来的。而且工 而采用无抽头的绕组做倍流整流的电路方案。因此变压器初
步。
整个 电 路 结构方框电路如图 １所示。元件布局及外形结构 如图 ２所示
ｃａ 比 ．ｎ ６川ｅｎ ｎ
图 ２ ６０ ＯＷ Ｄ Ｃ／ ＤＣ 变 换 器 结构 图 外壳 几 何 尺寸与ＶＩＣＯＲ第二代 ＭＡＸ兼容，尺寸完全相同。 １．高技术含量的功率 ＭＯＳＦＥＩ对本项目至关重要。当其开关速
同样 ， 二 次同步整流用 ＭＯＳＦＥＩ的选取仍旧至关重要。它的
在全桥硬开关电路拓朴中实现了最完美的组合。实践中对比了 导通电阻，它的驱动栅电荷应该选择最优秀的，装置也采用直接
一下全桥移相 ＺＶＳ软开关电路拓朴。此项软开关技术虽然省去 贴芯片方式。电路拓朴定下来，就是选择控制方式。我们选择
了开关损耗，但却增加了谐振电感的损耗。由于申人谐振电感 了二十一世纪才问世的控制 ＩＣ及驱动 ＩＣ，还有 Ｖａａ供电 ＩＣ。并
输出 整 流 部分则采用最新的ＺＣＳ同步整流技术。我们已经
拓朴，即全桥硬开关电路拓朴做此方案。
认同同步整流技术对ＤＣ／ＤＣ变换器效率的提高比软开关技术来
随着 微 电 子技术的进步，将其技术如：完美晶格技术、亚微 得更为显著。但做此项技术时，却忽略了大功率同步整流的
米光刻技术运用于功率ＭＯＳＦＥ】的设计和生产后，生产同样耐压 ＭＯＳＦＥＰ在开关切换如此大的电流时其开关损耗也已经非常可
作费时、费力，效率的提升也有限。
级、次级绕组及窗口空间做到最充分的利用，除去死区时间外变
我们 开 始 设计一种新思路，即将工作频率限定在 ２５０ｋＨｚｏ 压器绕组总有满额电流流过。这样做即使频率不算，高变压器
这样的适中频率，使变压器在磁密最佳值，功率密度最佳值达到 体积也不算太大。
最佳搭配。选择最能充分利用变压器及电感的磁性材料的电路
的器件，却可选用电阻率低得多 的半导体材料，完美的外延层晶 观。为此设计出了软开关的同步整流技术，即此中的ＺＣＳ同步
格很少的破损，造就了ＭＯＳＦＥＣ导通电阻的新纪录。元胞尺寸的 整流。实验结果此项技术比硬 开关的同步整流提高约２％的效
大幅减小又使它的开关速度达到了２０．的水平 。完美的氧化 率。目前此技术已经在国外高档 」Ｃ／ＤＣ中有所采用。它使 ＤＣ／
但外壳为无氧铜底板，可伐材料边框。铜底板减小了热阻，明显 度达到３０ｍ以内时，可省去软开关技术，仅用硬开关电路拓朴。
优于铝外壳。对于４８Ｖ输人系列，翰出功率为６００Ｗ；２４ Ｖ输人系 ２．软开关的同步整流技术至关重要。目前 ＤＣ／ＤＣ变换器输出电
列功率为５０ＯＷ。外壳几何尺寸为 １１６ｘ ４ ．５ｘ １ ２．７ｒｔｍ｝（或４．５３ 压却比较低，因此电流很大，此时选择ＺＣＳ技术至关重要，对效
以上产品还能通过一４０℃一十８５℃的环境温度，条件是装配足够 最高结温在安全可靠的范围内防止半导体器件在高结温状态下
的散热板。
的早期失效。
纵观 我 们 的全部技术，应该讲核心的 ＰＷＭ ＩＣ，Ｍ ＣＵ、高档 ５．磁性材料的充分合理使用也是做大功率及提高效率减小体积
ＭＯＳＦＥＣ、高档肖特基、磁材几乎都出自美国，我们若想赶上去，基 的一个重要步骤。今后磁材、变压器及电感将成为进一步提高
ｘ１ ．７７ ｘ ０ ．５ｉｎ？）功率密度为６００Ｗ／４ｉ，＇二１５ｏｗ／ｉｎ＇。转换效率对 率的提升贡献很大。
不同输出电压及不同输出功率时各不一样。
３．功率 ＭＯＳＦＥＩ及肖特基二极管在大功率输出时，采用芯片直接
满载
半载
装配对降低热阻，提高输出功率，提高功率密度非常重要，可能
Ｖ． ３ ２４Ｖ ＞９１％ Ｖ． ＿＞ ２４ Ｖ＞ ９２ ％