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基于副边控制的Flyback变换器研究

基于副边控制的Flyback变换器研究

作者：董松松西安理工大学

学位级别：硕士

Flyback变换器由于其结构简单、元器件数量少、可靠性高且具有电气隔离特性等优点在小功率电源特别是适配器场合获得了广泛的应用。经过多年研究,其各方面性能虽然已经取得显著提升但仍存在一定的优化空间。另外随着近年来对电子设备小... 详细信息

Flyback变换器由于其结构简单、元器件数量少、可靠性高且具有电气隔离特性等优点在小功率电源特别是适配器场合获得了广泛的应用。经过多年研究,其各方面性能虽然已经取得显著提升但仍存在一定的优化空间。另外随着近年来对电子设备小型化、便携性要求的不断提高,在全球能源危机的大环境下Flyback变换器因其数量巨大也因此对其提出了更高的要求。本文在讨论了Flyback变换器国内外研究现状基础上首先对目前应用最广泛的准谐振Flyback变换器进行了研究,对其工作原理及特点进行了分析,并对其主电路、变压器、反馈补偿网络及辅助电路等进行了设计。在搭建准谐振Flyback与硬开关Flyback仿真模型基础上考虑到隔离的要求,搭建了一台采用光耦反馈网络的输出功率为65W的实验样机。隔离反馈网络中光耦作为控制电路的一部分,其自身的温度特性和寄生参数不仅会对补偿器性能产生一定的影响,而且光耦自身的传输延时也限制了开关频率的提升。因此本文也研究了基于副边控制的Flyback变换器,以消除光耦的传输延时和其寄生参数对性能的影响并实现原边开关管的Q-ZVS开通与副边同步整流技术。针对于副边控制Flyback变换器原边开关管的最优开通电压问题进行了理论分析并给出了最优Q-ZVS开通电压的选取方法,同时对副边控制Flyback变换器进行了部分软硬件设计,包括主电路、驱动电路、变压器、检测电路、辅助供电模块以及关键算法的设计并搭建了采用FPGA的副边控制Flyback 65W样机平台。对于本文的研究内容,首先通过仿真对相同工况下开关管的开通电压进行了对比,仿真结果体现准谐振Flyback“谷底开通”的优势同时也验证了其启动与动态性能,仿真结果体现了设计的合理性。进一步对搭建的准谐振Flyback样机进行测试,实验结果也同样证明了设计的合理性。最后对本文所设计的副边控制Flyback平台的硬件电路和关键算法同样进行了测试与实验,实验结果同样体现了正确性与合理性。

关键词： Flyback变换器软开关光耦反馈网络副边控制

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磁耦合谐振式无线充电系统副边控制技术研究

磁耦合谐振式无线充电系统副边控制技术研究

作者：赵梵丹哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,在政府政策与市场需求的激励下,电动汽车的数量正不断增大,但当前有线充电设施存在的可操作性差、安全性低、占地面积大等问题,限制了电动汽车的发展前景。无线充电技术基于无线电能传输理论,通过感应耦合、磁耦合谐振等方式对... 详细信息

近年来,在政府政策与市场需求的激励下,电动汽车的数量正不断增大,但当前有线充电设施存在的可操作性差、安全性低、占地面积大等问题,限制了电动汽车的发展前景。无线充电技术基于无线电能传输理论,通过感应耦合、磁耦合谐振等方式对电动汽车进行非接触充电,具有密封性好、安全性高等优势,具有广阔的应用前景。但是在整体效率、传输距离、偏移能力、控制速度与稳定性等问题上,无线充电技术还有待进一步研究与完善。本文主要研究磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统的副边控制技术,在无线电能传输技术的理论基础上,对无线充电系统的各个环节进行分析与优化,设计一套副边控制的电动汽车无线充电系统。本文首先从磁耦合谐振式无线电能传输系统的谐振拓扑出发,分析了使用串-串型谐振拓扑的合理性,利用互感耦合模型和电路方程求解了串-串型谐振拓扑的谐振特性,得出了提高谐振拓扑效率的参数设计方法;分析了谐振元件参数变化对谐振拓扑工作特性的影响,得出了谐振拓扑实际制作的精度要求。接着,本文设计了螺线管型磁耦合机构,建立磁路模型分析了螺线管型磁耦合机构耦合能力的影响因素,设计了分散绕线结构以提高耦合系数和平滑磁磁芯内部磁通密度分布;对副边磁芯结构进行了优化设计,减小了副边磁芯用量,并保证了一定的耦合性能,提高了副边磁芯的利用率。然后,本文研究了基于半控整流电路的简化环节的副边充电电路,基于小信号模型理论计算了副边充电电路输出电流的动态控制特性;建立了副边充电电路的闭环控制环路,设计了合适的补偿环节,完成了基于FPGA的数字PWM控制器设计;利用PLECS仿真软件对整个无线充电系统进行了充电控制仿真,对谐振拓扑导致的控制环路稳定性问题进行了分析,以此对控制环路进行了优化设计。最后,在已有逆变源的基础上,设计制作了谐振拓扑、磁耦合机构和副边充电电路,完成了无线充电系统实验平台,进行了相关的特性实验,实验结果与理论基本相符。在15cm的传输距离下对24V锂电池以5A电流进行充电,在忽略逆变源效率的情况下,系统总效率为84.5%,且在一定水平偏移距离下能保持高效工作。该系统能在3ms内完成充电控制响应,期间无超调与振荡。

关键词：电动汽车无线充电技术磁耦合谐振副边控制

一种新颖的副边控制型DC/DC半桥变换器的研究

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一种新颖的副边控制型DC/DC半桥变换器的研究

作者：丁莉合肥工业大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术的发展和生产生活的需要，对开关电源的要求也越来越高。开关电源正朝着小型化、轻量化方向发展，这强烈依赖于开关频率的提高。要提高开关频率，同时提高变换器的变换效率，就必须减小开关损耗，减小开关损耗的途径就... 详细信息

随着电力电子技术的发展和生产生活的需要，对开关电源的要求也越来越高。开关电源正朝着小型化、轻量化方向发展，这强烈依赖于开关频率的提高。要提高开关频率，同时提高变换器的变换效率，就必须减小开关损耗，减小开关损耗的途径就是实现开关管的软开关，因此软开关技术应运而生。移相控制全桥DC／DC变换器已成为中大功率DC／DC变换器的较理想的实现方式之一。拓扑及控制均简单，能恒频运行。但移相ZVS全桥变换器在轻载时难以实现滞后桥臂的ZVS开关;另外在零状态时，原边有较大的环流，这就增大了导通损耗。针对移相ZVS全桥变换器的不足，本文提出一种新颖的副边控制型DC／DC半桥变换器。该变换器从空载到满载均能实现软开关，其中原边开关管实现ZVS开关，副边开关管实现ZCS开关。变换器优越的输出波形减小了输出滤波器的体积。文中分析了该变换器的工作原理和工作特性，并通过一个100W(输出12V／8.4A)的原理样机进行了验证，最后给出了实验结果。

关键词：副边控制零电压零电流 DC/DC变换器

适用于副边控制隔离DC/DC变换器的电压前馈电路

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机电工程 2010年第11期27卷 91-94页

作者：唐钊吴国忠徐华清马皓浙江大学电气工程学院浙江杭州310027 伊博电源(杭州)有限公司浙江杭州310053

为了实现副边控制隔离DC/DC变换器的输入电压前馈,讨论了解决问题的难点,提出了两个分别基于辅助源变压器和主功率变压器的具体实现输入电压前馈的电路,分析了每个电路的工作原理,并指出了各自的优缺点,然后给出了相应的实验波形,最后... 详细信息

为了实现副边控制隔离DC/DC变换器的输入电压前馈,讨论了解决问题的难点,提出了两个分别基于辅助源变压器和主功率变压器的具体实现输入电压前馈的电路,分析了每个电路的工作原理,并指出了各自的优缺点,然后给出了相应的实验波形,最后在基于副边控制的低压大电流隔离DC/DC变换器样机上作了验证。实验结果表明,所给电路相对简单、可靠,都能很好地实现输入电压前馈功能,对动态响应性能有明显的改善。

关键词：隔离DC/DC变换器副边控制输入电压前馈

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无通讯模块无线充电系统的控制策略研究

电测与仪表 2019年第1期56卷 115-120页

作者：杨鹏杨世春北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

基于副边控制无线充电系统,提出了原副边无通信模块的无线充电系统的控制策略。首先,对串联谐振无线充电系统工作稳定性进行分析,得到为保证稳定工作副边需控制输出电压,文中采用半控整流电路通过调整占空比控制输出电压。进一步分析得... 详细信息

基于副边控制无线充电系统,提出了原副边无通信模块的无线充电系统的控制策略。首先,对串联谐振无线充电系统工作稳定性进行分析,得到为保证稳定工作副边需控制输出电压,文中采用半控整流电路通过调整占空比控制输出电压。进一步分析得出系统在负载降低与副边升高输出电压两种情况下,由于无法达到预期的输出电压值,导致负载无法正常工作。通过在原边引入对负载与副边半控整流电路开关占空比估计的方法,实现在原副边无通讯模块下,原边针对变化情况同步调整输入电压,使系统能够满足输出条件。最后,在MATLAB中对控制策略进行仿真验证。

关键词：无线充电无通讯副边控制

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应用于航天器电源系统的多路输出变换器研究

应用于航天器电源系统的多路输出变换器研究

作者：杨利亚哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

多路输出变换器因其体积小、成本低等优点,广泛应用于航天器电源等需要多个电压等级的多电系统中。当负载设备对电源供电质量要求较高时,传统的基于半控法的多路输出调节方法难以保证各路输出都具有良好的稳态和动态性能,而基于全控法... 详细信息

多路输出变换器因其体积小、成本低等优点,广泛应用于航天器电源等需要多个电压等级的多电系统中。当负载设备对电源供电质量要求较高时,传统的基于半控法的多路输出调节方法难以保证各路输出都具有良好的稳态和动态性能,而基于全控法的多路输出调节方法存在着应用场合有限和控制复杂的缺点。基于此,本文对应用于航天器电源系统的多路输出变换器进行了研究。通过考虑副边寄生参数,建立了基于变压器交叉调节的半桥多路输出变换器的精确模型,从时域的角度得出了各路输出的电压精确表达式,总结出系统各路输出电压的影响因素和交叉调整率的变化规律,从频域的角度分析了闭环交叉调节方法对多路输出系统交叉阻抗和抗输入电源扰动的影响。在总结和分析交叉调节多路输出半桥变换器各路输出电压耦合原因的基础上,提出了一种基于变压器副边控制的新型多路输出变换器拓扑,该变换器原边开关管以固定占空比方式运行,而副边各路输出独立控制,大大减小了各路输出之间相互耦合的程度,同时利用变压器原边漏感的能量实现原边开关管的软开关,在保证各路输出精确稳压的前提下,提高了变换器的效率。通过分析新型多路输出变换器不同阶段的工作状态,推导出输出电压增益表达式,理论证明了各路输出实现精确稳压的可行性。利用状态空间平均法完成了系统的小信号分析,采用III型补偿网络完成了系统闭环网络的设计,从而提高了系统的稳态和动态性能。同时通过SIMPLIS软件完成了系统的频域仿真分析,仿真结果证明了补偿网络设计的正确性。基于理论分析和参数计算的结果,搭建了一台两路输出变换器的SIMPLIS仿真模型和实验样机,稳态结果表明了各路输出电压能够独立控制,输出电压和电感电流均能满足设计指标,原边开关管能够实现零电压开通。动态结果验证了系统能够快速响应输入电源和负载的变化,具有良好的抗干扰性能。

关键词：多路输出交叉调节精确稳压副边控制

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一种新型的大功率DC/DC模块电源的研究

通信电源技术 2015年第4期32卷 50-52 77,77页

作者：潘普丰董世茂弭寒光王大庆北京航天自动控制研究所北京100854

采用传统的PWM控制器,研究了一种高可靠、高效率大功率模块电源。通过对传统的全桥整流电路加以改进,使得下边整流二极管实现了同步整流,提高了模块电源的效率;采用新型的平面变压器、平面电感技术,减小了模块电源的体积;选取全桥硬开... 详细信息

采用传统的PWM控制器,研究了一种高可靠、高效率大功率模块电源。通过对传统的全桥整流电路加以改进,使得下边整流二极管实现了同步整流,提高了模块电源的效率;采用新型的平面变压器、平面电感技术,减小了模块电源的体积;选取全桥硬开关电路做为主功率电路,不存在占空比丢失,实现了输入、输出电压和输出负载的大范围调节;运用副边控制技术,隔离方式用磁隔离代替了传统的光耦隔离,提高了反馈控制电路的稳定性和可靠性。制作了模块电源工程样机,通过了试验验证。

关键词：全桥同步整流副边控制平面变压器平面电感