【摘 要】
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随着现代科技产品的快速更迭,各行各业对DC-DC模块电源提出了更高的要求,其中功率密度指标在铁路,舰船,航空等领域要求苛刻,高功率密度已经成为DC-DC模块电源的重要发展方向之一,因此对高功率密度DC-DC模块电源展开了研究。首先,根据指标要求分析了多种拓扑的适用场合、设计成本等问题,提出了以副边采用同步整流的反激变换器作为主功率电路的方案,有利于提高模块电源的效率和功率密度。在反馈控制方面,针对
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随着现代科技产品的快速更迭,各行各业对DC-DC模块电源提出了更高的要求,其中功率密度指标在铁路,舰船,航空等领域要求苛刻,高功率密度已经成为DC-DC模块电源的重要发展方向之一,因此对高功率密度DC-DC模块电源展开了研究。首先,根据指标要求分析了多种拓扑的适用场合、设计成本等问题,提出了以副边采用同步整流的反激变换器作为主功率电路的方案,有利于提高模块电源的效率和功率密度。在反馈控制方面,针对变压器隔离反馈精度差、反应慢的问题,采用光耦隔离反馈实现了精准快速的控制效果。另外针对Si MOSFET在高频下损耗较大的问题,采用速度快、损耗小的GaN功率器件,并通过提高其工作频率增加了模块电源的功率密度。其次,针对传统变压器体积大、漏感高的问题,设计了集成度高、损耗小的平面变压器,显著提高了模块电源的功率密度。在控制环路设计方面,采用基于TL431的Ⅱ型补偿网络,改善了系统电路的动态和稳态性能。针对宽范围输入下漏极钳位保护的问题,设计了改进型的DD钳位保护电路,减小了电路损耗。此外针对分立式驱动以及传统集成式驱动芯片的不足,选用了经优化的集成式GaN功率器件驱动芯片UCC27611并完成了驱动电路的设计,提高了模块的功率密度及可靠性。最后,在LTspice中进行了系统闭环仿真,仿真结果证实了总体方案及参数设定的正确性。在Altium Designer中完成硬件相关的设计工作后,制作了实验样机并对其进行了测试,样机的功率密度为6.23W/cm~3,测试结果表明该样机达到了设计指标要求。图59幅;表16个;参53篇。
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