【正文】 軟件中的 SmartCtrl 組建設(shè)計(jì)反饋回路，并仿真驗(yàn)證其穩(wěn)定性； 第四章：本章對(duì)幾種軟開(kāi)關(guān)拓?fù)溥M(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，應(yīng)用于模塊電源主電路拓?fù)?，以?shí)現(xiàn)軟化開(kāi)關(guān)過(guò)程、提高電源效率的目的，并使用 PSIM 軟件對(duì)各種電路進(jìn)行仿真、分析和驗(yàn)證； 第五章：總結(jié)全文，并針對(duì) 當(dāng)前所做工作 的不足進(jìn)行 了 分析， 并指 出下一步的工作方向。大多關(guān)于應(yīng)用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、同步整流技術(shù)的文章 [5][6][7][8]都以原理性的介紹為主，很少提及控制策略的設(shè)計(jì)和電路的仿真方法，本文主要研究如何應(yīng)用 軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和同步整流 技術(shù)， 以及分析 這些 軟開(kāi)關(guān) 電路拓?fù)涞男阅?，如提高模塊電源的能量轉(zhuǎn)換效率、減小模塊電源整體損耗、改變開(kāi)關(guān)器件的工作狀況等，同時(shí)設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制策略 ，通過(guò)軟件仿真來(lái)驗(yàn)證所 設(shè)計(jì)的軟開(kāi)關(guān)電路拓?fù)?性能。在 Buck 型 變換器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用同步整流技術(shù)，如圖 中電路所示， 為主開(kāi)關(guān)管， 為同步整流管。它是采用通態(tài)電阻極低的專(zhuān)用功率 MOSFET 取代整流二極管以降低整流損耗的一項(xiàng)新技術(shù)，能顯著提高開(kāi)關(guān)電源在低電壓、大電流輸出時(shí)的效率。在 ZVSPWM 和 ZCSPWM 變換器中，諧振元件不是一直工作 ，但諧振電感 與主電路回路串聯(lián) ， 其 損耗較大，同時(shí) 零開(kāi)關(guān)PWM 電路 與準(zhǔn)諧振電路 具有相同的諧振原理 [4]，故 開(kāi)關(guān)器件和 諧振電容、諧振電感的 電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力與準(zhǔn)諧振變換器一致。零開(kāi)關(guān) PWM 變換器可分為零電流開(kāi)關(guān) PWM 變換器 (ZeroCurrentSwitching PWM Converters， ZCSPWM)和零電壓開(kāi)關(guān) PWM 變換器(ZeroVoltageSwitching PWM Converters， ZVSPWM)兩類(lèi)，輔助電路分為為主開(kāi)關(guān)提供零電流關(guān)斷和零電壓導(dǎo)通的條件。由諧振電感 、諧振電容 和續(xù)流二極管組成諧振網(wǎng)絡(luò)；假設(shè)輸出電感 足夠大，則輸出電流為恒定值，當(dāng)主開(kāi)關(guān)由導(dǎo)通轉(zhuǎn)向關(guān)斷后，諧振電容充電到 ，此時(shí)續(xù)流二極管導(dǎo)通，諧振電容與諧振電感發(fā)生諧振，電容 諧振電壓過(guò)零點(diǎn)后并反向，為主開(kāi)關(guān)零電壓導(dǎo)通提供條件。當(dāng)開(kāi)關(guān)器件電流 過(guò)零時(shí)器件關(guān)斷 (或 使電壓降為 零時(shí)器件開(kāi)高功率密度小功率 DCDC 模塊電源的研究 第一章 緒論 4 通 )， 從而減少開(kāi)關(guān)損耗。由此有必要引入輔助電路，軟化開(kāi)關(guān)過(guò)程，減小開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷過(guò)程的交疊損耗，以及使用傳導(dǎo)阻抗更小的器件，以減小其傳導(dǎo)損耗。 工作在較高的開(kāi)關(guān)頻率，功率 MOSFET 器件輸出電容的充放電造成的開(kāi)通損耗是開(kāi)關(guān)損耗的主要部分。硬開(kāi)關(guān) (Hard Switching)是指開(kāi)關(guān)器件工作在硬開(kāi)關(guān)狀 態(tài)，由于開(kāi)關(guān)器件不是理想器件，在導(dǎo)通時(shí)開(kāi)關(guān)管的電壓 必然有一個(gè)下降的時(shí)間，同時(shí)它的電流也將經(jīng)歷一個(gè)上升時(shí)間達(dá)到負(fù)載電流，在這段時(shí)間里，電壓和電流波形交疊 ，產(chǎn)生損耗，稱(chēng) 之 為導(dǎo)通損耗 (Turnon Loss)。提高開(kāi)關(guān)頻率以提高電源的功率密度，不可避免的要采取措施抑制電路的損耗， 故必須 提高電源的轉(zhuǎn)換效率 ，改善器件工作條件 ，否則增加的輔助電路以及散熱片等元器件所占的面積是得不償失的。考察單節(jié)電池、燃料電池、電機(jī)等，或者是電源單元或相近的能量轉(zhuǎn)換裝置，以瓦每立方米 (W/cm3)為單位。 當(dāng)前模塊電源的主要分為 DC/DC， DC/AC， AC/DC 三種，其中 DC/DC 模塊占據(jù)了絕大部分的市場(chǎng)份額，隨著我國(guó)通訊、電力系統(tǒng)以及個(gè)人數(shù)字產(chǎn)品的快速發(fā)展，模塊電源的應(yīng)用越來(lái)越廣。 (3) 模塊化 模塊化是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢(shì)，在電源集成技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，已經(jīng)經(jīng)歷了電力半導(dǎo)體器件模塊化，功率與控制電路的集成化，集成無(wú)源元件 (包括磁集成技術(shù) )高功率密度小功率 DCDC 模塊電源的研究 第一章 緒論 2 等發(fā)展階段。電容、光電耦合器、開(kāi)關(guān)管以及其他輔助電路等器件的壽命決定了開(kāi)關(guān)電源的壽命，因此盡可能減少電源中的元器件，提高集成度，降低開(kāi)關(guān)器件的環(huán)境應(yīng)力，有利于提高電源的可靠性。 開(kāi)關(guān)電源正處于快速發(fā)展階段，以下是當(dāng)前開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域的幾個(gè)重要發(fā)展方向： (1) 高頻化、小型化、輕量化 開(kāi)關(guān)電源的體積、重量主要由電路中的無(wú)源元件 (如脈沖變壓器、電感和 電容 等 )決定，因此開(kāi)關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡可能減小這些無(wú)源元件的體積。 synchronous rectifier technology reduces the conduction losses to improve the efficiency and the simulation result shows the power efficiency is more than 90%. Finally, concluded the full essay, and pointed out the lack of research as well as the next step. KEY WORDS switching mode power supply, power density, module power supply, softswitching, synchronous rectifier, PSIM 高功率密度小功率 DCDC 模塊電源的研究 第一章 緒論 1 第一章 緒論 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì) 開(kāi)關(guān)電源基于 現(xiàn)代電力電子技術(shù) 、控制技術(shù)以及器件制造技術(shù)等 ， 通過(guò) 控制 電路中半導(dǎo)體電力開(kāi)關(guān)器件的通斷比，維持穩(wěn)定的輸出電壓、電流或者恒定功率的一種電源，因電源電路中的半導(dǎo)體電力開(kāi)關(guān)器件 始終以開(kāi)關(guān)方式工作而得名；它 相比于線性調(diào)壓器， 具有體積小、重量輕 、輸入輸出范圍廣 、 效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 最后，總結(jié)全文所做的工作，指 出研究中的不足以及下一步的工作。 文中首先對(duì)三種常用于小功率開(kāi)關(guān)電源主電路拓?fù)涞幕竟ぷ髟砗透髯缘膬?yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，最后確定以 Buck 型 變換器 作 為模塊電源的主電路拓?fù)洹? CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 本科生畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 題 目 高功率密度小功率 DCDC 模塊電源的研究 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 學(xué) 院 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 完成時(shí)間 2021 年 5 月 本科生院 制 高功率密度小功率 DCDC 模塊電源的研究 目錄 目 錄 摘 要 .......................................................................... I ABSTRACT ...................................................................... II 第一章 緒論 ................................................................. 1 ...................................................... 1 ................................................................ 2 ...................................................... 3 .................................................... 3 .......................................... 3 內(nèi)容 .................................................. 6 .............................................. 6 .............................................. 6 ................................................................ 7 第二章 小功率模塊電源主電路基本拓?fù)? .......................................... 8 ............................................ 8 降壓型變換器 ...................................................... 8 反激式變換器 ...................................................... 8 正激式變換器 ...................................................... 9 .............................................................. 9 ............................................................... 11 第三章 Buck型變換器的設(shè)計(jì) .................................................. 12 Buck型變換器 主電路設(shè)計(jì) ................................................ 12 ................................................... 13 ................................................... 14 ......................................................... 14 3 型誤差放大器的原理 ............................................. 14 PSIM的 SmartCtrl組件設(shè)計(jì) 3型誤差放大器 ....................... 16 Buck型變換器的閉環(huán)仿真 .......................................... 19 ............................................................... 21 第四章 軟開(kāi)關(guān)電路的分析、設(shè)計(jì)與仿真 ......................................... 22 ........................................................... 23 RCD與 L的組合吸收電路的原理分析 .................................. 23 仿真設(shè)計(jì)與結(jié)果分析 ............................................... 23 高功率密度小功率 DCDC 模塊電源的研究 目錄 Buck型 ZVSPWM電路 .................................................... 25 Buck 型 ZVSPWM電路的原理分析 ..................................... 25 仿真電路的設(shè)計(jì) ................................................... 27 仿真結(jié)果與分析 ................................................... 29 Buck型 ZVSPWM電路 ................................... 32 ............................................................... 34 第五章 總結(jié)與展望 .......................................................... 36 ......................................................... 36 ........................................................... 36 結(jié)束語(yǔ) ........................................................................ 39 參考文獻(xiàn) ...................................................................... 40 高功率密度小功率 DCDC 模塊電源的研究 摘要 I 摘 要 近年來(lái)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在消費(fèi)電子類(lèi)電源、通訊領(lǐng)域電源和工業(yè)領(lǐng)域電源中得到了廣泛的 應(yīng)用， 人們對(duì)電源高頻化、小型化、輕量化、模塊化等需求也隨之提高， 大力 推動(dòng)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。本文采用 Powersim 公司的 PSIM 軟件做仿真研究，相比于其他的 電力電子