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基于副边独立控制的集成隔离dc-dc转换器研究

基于副边独立控制的集成隔离DC-DC转换器研究

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作者：周子敬电子科技大学

学位级别：硕士

电力电子技术在现代社会的生产生活中扮演了不可或缺的角色。电源作为向各类电子系统提供能量的基础性部件,其重要性不言而喻。随着人们对于电子产品安全性和小型化的需求日益增加,可集成的隔离直流电源近年来受到研究人员的广泛关注。... 详细信息

电力电子技术在现代社会的生产生活中扮演了不可或缺的角色。电源作为向各类电子系统提供能量的基础性部件,其重要性不言而喻。随着人们对于电子产品安全性和小型化的需求日益增加,可集成的隔离直流电源近年来受到研究人员的广泛关注。随着隔离器件技术的发展进步尤其是片上集成变压器技术的发展,全集成的隔离dc-dc转换器已经成为现实。目前隔离dc-dc转换器较为常用的控制方案是原边控制,即在隔离dc-dc转换器的副边采样输出信号并对原边电路进行控制从而实现输出电压的稳定控制。这种方法需要在控制电路中引入额外的隔离器件,电路的负载瞬态响应较慢,成本较高。因此,本文希望设计一款可以在副边进行独立控制的隔离dc-dc转换器,以改善上述缺点。本文首先对隔离dc-dc转换器技术的发展现状进行了讨论,分析了不同的隔离技术、电路拓扑以及控制方案,并根据以上分析,基于磁隔离技术和全桥拓扑提出了两种可以进行副边独立控制的隔离dc-dc转换器副边电路,两种转换器的控制电路均位于变压器副边,无需额外的隔离器件,具有较好的瞬态响应性能。副边独立控制隔离dc-dc转换器的基本设计思路是采样输出信号并直接控制副边整流电路的通断,从而实现对输出电压的稳定控制。两种转换器分别采用了不同的整流器件和控制方案,其中第一种隔离dc-dc转换器采用三极管作为可控整流器件,并采用了滞环控制方案;第二种隔离dc-dc转换器采用MOS管作为可控整流器件,并采用了脉冲宽度调制控制方案。基于0.25μm BCD工艺对两种隔离dc-dc转换器进行了详细的设计和仿真分析。系统仿真结果显示,在4.2V到5.5V的输入电压范围内,两种转换器均可实现5V的直流电压稳定输出,并具有50m V以下的电压纹波。滞环控制方案和脉冲宽度控制方案的最高效率分别可以达到42.0%和44.3%,最大输出功率均为750m W左右。当输入电压产生-0.8V和1.3V的瞬态变化时,两种转换器的输出电压稳定时间均在5μs以下,电压过冲均不超过40m V。当负载电流产生±90m A的瞬态变化时,滞环控制转换器输出电压可以在10μs左右恢复稳定且没有电压过冲,脉冲宽度控制转换器输出电压可以在2μs以内恢复稳定,且电压过冲小于50mV。

关键词：隔离dc-dc转换器全桥逆变电路软开关滞环控制脉冲宽度调制

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