【摘要】：迅猛發(fā)展的計(jì)算機(jī)工業(yè)技術(shù)使得計(jì)算機(jī)電源輸出電壓越來(lái)越低(0.9～1.5V),輸出電流也越來(lái)越高。高效、高功率密度是此類電源的幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo),高頻兆赫茲級(jí)的功率變換技術(shù)開始研究運(yùn)用。論文首先回顧了高頻功率變換技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,同時(shí)也提出了一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。在高頻功率變換中,拓?fù)涞倪x擇和優(yōu)化十分關(guān)鍵。針對(duì)寬范圍電壓輸入,低壓大電流輸出的應(yīng)用場(chǎng)合,選取了兩級(jí)結(jié)構(gòu)的DC-DC變流器作為優(yōu)選拓?fù)�。在前�?jí)拓?fù)溥x擇中,最終采用了一種帶有源鉗位單元的ZVS-PWMBuck電路拓?fù)洹：髽O選取了工作在占空比為50%的半橋電路拓?fù)�。為了減小高頻門極驅(qū)動(dòng)損耗,詳細(xì)研究了 E型諧振門極驅(qū)動(dòng)電路在高頻工作時(shí)的性能;提出了一種全橋結(jié)構(gòu)型能驅(qū)動(dòng)雙管的諧振門極電路;并在對(duì)比評(píng)估了幾種諧振門極驅(qū)動(dòng)方案后,優(yōu)選出適用于高頻工作的驅(qū)動(dòng)方案,在此基礎(chǔ)上提出了一種新型的高效諧振門極驅(qū)動(dòng)電路。在后級(jí)半橋變流器中,采用單繞組結(jié)構(gòu)的輔助繞組自驅(qū)動(dòng)電路作為副邊同步整流管的驅(qū)動(dòng)方案。在深入研究高頻磁性元件工作機(jī)理的基礎(chǔ)上,提取出變壓器繞組損耗與磁芯損耗的計(jì)算模型;列出了高頻平面變壓器的設(shè)計(jì)流程與仿真分析步驟。通過(guò)逐層建模的方式,提取出了平面變壓器的高頻參數(shù),建立起變壓器的電路-磁路混合模型,可以用來(lái)指導(dǎo)平面變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)半橋變流器的集成磁路結(jié)構(gòu)做了研究分析,探索了集成磁路的特性與在實(shí)際應(yīng)用中的缺陷;結(jié)合半橋電路給出了平面變壓器的繞組設(shè)計(jì)、損耗計(jì)算以及電磁場(chǎng)仿真的方法與步驟。結(jié)合寬范圍電壓輸入、低壓大電流輸出的具體應(yīng)用場(chǎng)合,通過(guò)對(duì)兩級(jí)結(jié)構(gòu)DC-DC變流器的研究,在高頻模塊的設(shè)計(jì)中綜合運(yùn)用了所研究的多種高頻化技術(shù),將高頻損耗分析、門極諧振驅(qū)動(dòng)技術(shù)、副邊自驅(qū)動(dòng)同步整流技術(shù)都融入其中。從模塊的整體線路布局出發(fā),優(yōu)化平面變壓器的繞組分布,研制出多層印制電路板平面變壓器結(jié)構(gòu)的拓?fù)錁訖C(jī)。對(duì)兩級(jí)結(jié)構(gòu)變流器電路的不同控制方案做了研究對(duì)比;實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了高頻化研究中的一些技術(shù)方案。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM46
【圖文】：

迅猛發(fā)展的計(jì)算機(jī)工業(yè)技術(shù)使得計(jì)算機(jī)電源輸出電壓越來(lái)越低（0．９￣１．５Ｖ），逡逑輸出電流也越來(lái)越高（達(dá)到１００Ａ），輸出電流變化率也越來(lái)越高，同時(shí)電源還逡逑需要很好的電壓調(diào)節(jié)性能以及快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。這對(duì)電源模塊的要求越來(lái)逡逑越高，電源模塊的功率密度等級(jí)要求也變得越來(lái)越高。逡逑高效、高功率密度、快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能是此類電源的幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。為逡逑了實(shí)現(xiàn)以上幾個(gè)指標(biāo)，高頻兆赫茲級(jí)的功率變換技術(shù)［１２？］開始研[傇擻謾＝細(xì)咤義系腲u關(guān)頻率可以使工作電路達(dá)到更高的帶寬，能夠減小輸出電容的數(shù)目：同時(shí)逡逑在很高的開關(guān)頻率下，磁芯的體積將變得很小，散熱面積也比較小，這就要求逡逑電源的功耗比較小，不會(huì)引起過(guò)高的溫升。逡逑隨著通信系統(tǒng)性能的不斷增強(qiáng)，對(duì)功率的要求也不斷增加，在供電電源發(fā)逡逑展上也出現(xiàn)了一些新的變化趨勢(shì)。特別在一些服務(wù)器和工作站電源中，為了減逡逑小母線上的損耗，分布母線電壓變得越來(lái)越高，從１２Ｖ等級(jí)逐漸增加到４８Ｖ。逡逑在高壓母線分布式電源系統(tǒng)中，負(fù)載的瞬態(tài)變化對(duì)母線電壓波動(dòng)的影響也比較逡逑�。挥捎谀妇�上的電流紋波相應(yīng)較小，母線上的導(dǎo)通損耗也比較小，電壓調(diào)節(jié)逡逑入濾器體積可以設(shè)計(jì)得比較小。逡逑

調(diào)節(jié)模塊必將兼容３６？７２Ｖ輸入電壓范圍。逡逑由于高電壓輸入，低電壓輸出等特點(diǎn)，采用以往傳統(tǒng)Ｂｕｃｋ型變流器實(shí)現(xiàn)如逡逑此大變比的電壓轉(zhuǎn)換不太現(xiàn)實(shí)，圖１－２顯示了邋Ｂｕｃｋ變流器輸出電流紋波與占空逡逑比以及相數(shù)之間的關(guān)系［３９］。當(dāng)占空比非常小的情況下，增加交錯(cuò)的相數(shù)對(duì)紋波電逡逑流的抑制效果非常有限，同時(shí)極小的占空比會(huì)影響電路工作的穩(wěn)態(tài)以及動(dòng)態(tài)性逡逑能。為了改善變換器的工作性能，有效地拓展占空比可以減小輸入輸出電流紋逡逑波，提高系統(tǒng)的效率。文獻(xiàn)［３１＿３２］提出了采用耦合電感來(lái)拓展占空比和改善電路動(dòng)逡逑４逡逑

兼容、ＥＭＣ設(shè)計(jì)困難、高頻母線接口兼容性等問(wèn)題，同時(shí)還需要額外的逡逑ＤＣ／ＨＦＡＣ或ＡＣ／ＨＦＡＣ變流器來(lái)進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換。逡逑圖１－３顯示的是一種多諧振推挽變流器電路拓?fù)洌郏保玻�，這種變流器的副邊采用逡逑了倍流整流結(jié)構(gòu)。在此電路中，所有的開關(guān)管都在固定的頻率和占空比下工作，逡逑工作狀態(tài)有點(diǎn)類似于高頻變壓器。這種多諧振推挽拓?fù)渚哂幸恍﹥?yōu)點(diǎn)：比如可逡逑以減小導(dǎo)通損耗以及開關(guān)損耗、能有效地減小同步整流管體二極管的導(dǎo)通損耗逡逑和反向恢復(fù)損耗。但是此電路的一大缺點(diǎn)就是不能夠?qū)敵鲭妷哼M(jìn)行調(diào)節(jié)，在逡逑實(shí)際應(yīng)用中，需要一個(gè)前級(jí)變流器來(lái)對(duì)最終的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。逡逑Ｃｒ３＝＝ｎ邋ｔｊ［＿Ｋ３邐Ｋ４邋Ｍ邋；；＝＝Ｃｒ４邐＞邋＾逡逑＾邋Ｌｒ邋１邐Ｌｒ２邐、十邋＜邐＋邋Ｖｏ－逡逑Ｃ邋ＩＳ邋Ｊ－＾逡逑Ｃｒ１邋如邋ｆｌｌ邋Ｋ１邐０邋Ｋ２邋Ｋ邋；：４＝ｃｒ２邐ｌ邋１２邐＾Ｉ逡逑＾邋Ｉ邋＾逡逑圖１－３多諧振推挽變流器電路拓?fù)溴义显谳斎腚妷鹤兓秶容^大的情況下，采用兩級(jí)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)功率變換是一逡逑個(gè)比較好的策略。如圖１－４中的電路結(jié)構(gòu)，前級(jí)降壓電路采用Ｂｕｃｋ電路輸出一逡逑個(gè)比較穩(wěn)定的母線電壓供給后級(jí)電路；后級(jí)采用多諧振推挽變流器［１２］，可以在高逡逑頻工作狀態(tài)下仍然保持較高的效率。不過(guò)由于此電路的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，為了實(shí)現(xiàn)逡逑６逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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1 錢照明;張軍明;呂征宇;;電力電子系統(tǒng)集成[J];中國(guó)集成電路;2003年07期

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1 張艷軍;高功率密度直流變流器及其無(wú)源元件集成研究[D];浙江大學(xué);2008年

2 謝小高;小功率DC/DC變流器模塊標(biāo)準(zhǔn)化若干關(guān)鍵問(wèn)題研究[D];浙江大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2795927