發(fā)布時間：2020-08-09 05:09

【摘要】：隔離型AC-DC開關(guān)電源采用變壓器實現(xiàn)電氣隔離,具有安全特性高、穩(wěn)定性好的特點,廣泛應(yīng)用于手機適配器、LED電源、平板電腦適配器等中小功率電源中。但隨著智能設(shè)備的發(fā)展與升級,其消耗功率日益提升,為了保持充電適配器的便攜性,需要研究高頻率、高效率、高性能的隔離型AC-DC變換器。在高頻隔離型AC-DC變換器中,單管結(jié)構(gòu)軟開關(guān)變換器具有電路結(jié)構(gòu)簡單,控制難度低,以及穩(wěn)定性高的優(yōu)點,尤為適合中小功率的AC-DC變換器設(shè)計。但該類變換器存在轉(zhuǎn)換效率低、電壓應(yīng)力高、開關(guān)噪聲大等缺點,使開關(guān)頻率難以提升,阻礙了該類變換器的高頻化進程。因此,研究結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的高頻隔離型單管變換器及其高性能控制方法具有很重要的學(xué)術(shù)意義與實用價值。本文主要研究MHz級隔離型單管變換器拓撲及其高性能、低成本控制算法。分析了MHz級隔離型單管變換器高頻化的難點,提出了一種利用寄生參數(shù)諧振實現(xiàn)谷底導(dǎo)通的變換器拓撲方案,大幅降低了開關(guān)損耗,使開關(guān)頻率達到1MHz;在此基礎(chǔ)上,研究并設(shè)計了高效率、低成本的閉環(huán)控制算法、輸出電壓的高精度和低紋波控制算法以及負載切換時的高動態(tài)響應(yīng)控制算法。主要創(chuàng)新工作如下:1、提出了一種MHz級隔離型單管準諧振變換器拓撲。只采用一個開關(guān)管,實現(xiàn)了近似完全軟開關(guān)的效果,包括開關(guān)管谷底電壓導(dǎo)通、開關(guān)管零電流關(guān)斷以及二極管零電流關(guān)斷,其中利用諧振電感與寄生電容的諧振實現(xiàn)了開關(guān)管谷底電壓導(dǎo)通,相比傳統(tǒng)準諧振電源,轉(zhuǎn)換效率得到很大提升。在無同步整流的條件下,實現(xiàn)谷底導(dǎo)通后,變換器效率提升約10%,開環(huán)峰值效率達到90.4%,且滿載開關(guān)頻率達到1MHz。2、提出了一種基于開關(guān)周期抖動的脈沖頻率調(diào)制(Pluse Frequency Modulation,PFM)方法實現(xiàn)閉環(huán)控制,降低了閉環(huán)實現(xiàn)難度。通過電流過零檢測,實現(xiàn)連續(xù)電流(Continuous Conduction Modulation,CCM)模式下的開關(guān)管零電流關(guān)斷與谷底電壓導(dǎo)通,避免了電流直接采樣,降低了CCM模式下的實現(xiàn)難度;通過輸出繞組電壓過零檢測,實現(xiàn)斷續(xù)電流(Discontinuous Conduction Modulation,DCM)模式下的開關(guān)管峰值電壓導(dǎo)通,避免了電壓直接采樣,降低了DCM模式下的實現(xiàn)難度。測試表明,基于上述控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的環(huán)路控制。3、提出了一種高精度低紋波數(shù)字控制算法,解決了變換器拓撲在CCM模式閉環(huán)控制中存在的大輸出電壓紋波問題。通過將不同谷底控制的開關(guān)周期均勻分布,實現(xiàn)了極低的輸出電壓紋波;另外通過對輸出電壓的檢測,提出了一種穩(wěn)態(tài)誤差補償算法,通過修正參考電壓,消除輸出電壓的微小穩(wěn)態(tài)誤差,進一步提高輸出電壓精度。測試結(jié)果表明,輸出電壓為20V時,其輸出電壓精度為0.4%;輸出紋波減小到240mV,為優(yōu)化前輸出紋波的1/4,峰值效率達到89.6%。4、提出了一種高動態(tài)數(shù)字控制算法,解決了變換器在大范圍負載切換中動態(tài)響應(yīng)特性差的問題。通過設(shè)定輸出電壓的上限與下限,引入兩種動態(tài)模式,極大地減小了動態(tài)電壓紋波與恢復(fù)時間;在重載切換輕載的動態(tài)過程中,提出了一種開關(guān)周期比例迭代算法,可以準確檢測得到負載切換后穩(wěn)定時的負載控制參數(shù),以此消除動態(tài)過程中的輸出電壓振蕩,大幅減小了動態(tài)恢復(fù)時間。測試結(jié)果表明,當負載從0.5%負載切換到滿載時,輸出欠壓由11.6V減小到1.04V,欠壓恢復(fù)時間從654.0μs減小到59.8μs;當負載從滿載切換到0.5%負載時,輸出過沖電壓由1.44V減小到0.88V,過壓恢復(fù)時間從47.4ms減小到2.92ms。本文設(shè)計的變換器尤為適合中小功率高頻隔離型變換器設(shè)計,其開關(guān)頻率達到1MHz,且實現(xiàn)了高效率、高精度、高動態(tài)的輸出特性,具有很好的應(yīng)用前景與研究價值。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM46
【圖文】：

第一章 緒論面，多模式控制方法是常用的效率優(yōu)化方法，常用模式包括輕制(Pulse Width Modulation，PWM) 模式，脈沖頻率調(diào)制(Pulse Fr同負載情況下使用不同的調(diào)制方式，在負載降低時盡可能降低式來保證全負載范圍內(nèi)變換器都可以實現(xiàn)較高效率[35-38]。例如多模式控制技術(shù)提高了交錯并聯(lián)反激變換器的全負載范圍效率如圖 1-10 所示[38]。但多模式控制未必能在全負載范圍內(nèi)達到最了分段化的考慮，并沒有針對每一個特定負載進行效率優(yōu)化。

(c)直流電子負載 (d)示波器圖 5-9 測試使用的設(shè)備環(huán)控制算法驗證機在 CCM 模式下的開環(huán)測試波形。如圖 5-10(a)，可以看到 GaN電壓 vgs的關(guān)斷電壓為-2V，導(dǎo)通電壓為 6.0V。當開關(guān)管關(guān)斷時，原管 ZCS 關(guān)斷。在開關(guān)管導(dǎo)通時刻開關(guān)管漏端電壓 vds位于其諧振的其次，由于谷底導(dǎo)通時，原邊電流 ip為零，開關(guān)管實現(xiàn)了 ZCS 導(dǎo)容在導(dǎo)通時刻的放電損耗，變換器的開關(guān)損耗大大減小。另外，如似線性下降到零，實現(xiàn)了二極管 ZCS 關(guān)斷，避免了二極管反向恢谷底導(dǎo)通時，變換器的軟開關(guān)效果較好。此時負載為 5.7Ω，開環(huán)測開關(guān)管ZCS關(guān)斷開關(guān)管谷底導(dǎo)通vgsiDvds二極管ZC

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉浩;白華;;單管伸縮式通信塔塔體結(jié)構(gòu)分析[J];明日風(fēng)尚;2016年24期

2 劉志全;鄧永娟;;通信單管塔加固三維空間模型的計算及分析[J];現(xiàn)代信息科技;2019年12期

3 駱福前;王霽旭;樊爽;;單管塔裝配式樁基礎(chǔ)應(yīng)用研究[J];陜西建筑;2018年10期

4 張健;唐亞林;;基于無限自由度瑞利法單管塔自振周期研究[J];特種結(jié)構(gòu);2017年06期

5 韓麗艷;李爽;趙杰;;基于單管分析的壓縮機管線系統(tǒng)整體振動控制[J];流體機械;2018年01期

6 高揚明;趙云;;填海區(qū)場地中單管塔基礎(chǔ)方案選擇和分析[J];電信技術(shù);2018年02期

7 邵維新;王啟明;劉勝波;;單管試壓簡易模具的設(shè)計及應(yīng)用[J];石化技術(shù);2019年08期

8 姚曉紅,李曉虹,周義光;單管對流換熱實驗中流速的測量方法[J];實驗科學(xué)與技術(shù);2005年02期

9 吳雨薇;胡俊;汪樹成;;不同鹽水溫度下單管凍結(jié)溫度場數(shù)值分析[J];森林工程;2017年06期

10 靳瑛;付亞榮;隋立新;曹瑾;朱偉;張秀玲;;油田單管集油工藝的設(shè)計建議[J];工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新;2015年01期

相關(guān)會議論文 前6條

1 鄭志皋;黃理浩;陳榴;陶樂仁;;φ19.05mm水平單管管外凝結(jié)與沸騰換熱性能的試驗研究[A];第九屆中國制冷空調(diào)行業(yè)信息大會論文集[C];2018年

2 林仕;李學(xué)來;;壁面接觸角對降膜流動的影響[A];福建省科協(xié)2016年學(xué)術(shù)年會分會場——福建省制冷學(xué)會2016年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2016年

3 楊蓉;黃輝;張?zhí)?莊嶸;;單管熱流密度淺析[A];制冷空調(diào)新技術(shù)進展——第三屆制冷空調(diào)新技術(shù)研討會論文集[C];2005年

4 林仕;李學(xué)來;;二維單管降膜純流動的數(shù)值模擬[A];福建省科協(xié)第十五屆學(xué)術(shù)年會福建省制冷學(xué)會分會場——福建省制冷學(xué)會2015年學(xué)術(shù)年會（創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展）論文集[C];2015年

5 陸大瑋;樓上游;馬殿旗;周書征;;行車式泵吸單管吸泥機的設(shè)計[A];中國機械工程學(xué)會環(huán)境保護分會第四屆委員會第一次會議論文集[C];2008年

6 黃承宏;羅忠;鄭慶偉;許敬德;周全;王博;;空調(diào)與制冷用銅管換熱性能測試裝置研究——制冷劑與水換熱單管性能測試系統(tǒng)[A];第十二屆全國冷（熱）水機組與熱泵技術(shù)研討會論文集[C];2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王沖;MHz級單管AC-DC數(shù)字變換器控制策略研究[D];東南大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 王t妕

本文編號：2786655