基于谐振开关电容直流升压变换器的研究

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近年来,随着电力电子技术的快速发展,小型化、高频化、高效率已经成为直流开关电源设计的基本要求。开关电容类变换器因其体积小、能量密度高在中小功率场合得到了广泛的应用。然而在实现高频化的过程中,开关管在硬开关条件下工作,直接提高开关频率,将会导致很大的开关损耗和严重的电磁干扰(EMI),从而使得直流变换器效率降低,因此限制了开关频率的提高。软开关技术的出现及应用,有效的降低了开关管的开关损耗和EMI。在直流开关电源的软开关技术中,谐振变换器因其自然软开关特性和较低的EMI,在高频开关电容直流变换器中得到了广泛的应用与研究。
  本文首先对开关电容类变换器进行了系统地研究,根据其存在输入电流为脉动电流、开关管工作在硬开关状态的问题,引入了一个较小的谐振电感。并列举了几种典型的谐振开关电容变换器。针对其具有软开关实现困难,谐振电感参数设计困难,元件电压应力大的问题提出了一种新型谐振开关电容直流升压变换器。
  本文所提改善方案的主拓扑结构在不增加元件的情况下,可以实现开关管零电压开通,使得变换器的效率进一步提高。同时简化电感参数设计,减小元件电压应力,有效拓宽变换器的输出电压增益范围,电感电流连续,避免了变换器电感电流断续引起的失去输出电压调节能力和在实际系统中电感电流由连续向断续过渡时引起的系统不稳定的问题。本文详细介绍了其稳态工作原理,并对各元件电压应力,输出电压增益,输出特性以及损耗进行了分析,同时根据理论分析,给出了参数设计。最后,利用Saber2012仿真平台搭建了一个140W的仿真模型对其进行了仿真验证,仿真结果证明了其有效性。
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