基于GaN器件的有源箝位正激变换器设计

有源箝位正激变换器因为开关管的软开关控制,可以降低高频下的开关损耗,已是中型功率隔离变换器实现高效率、高功率密度的主流解决方案。文中基于有源箝位正激变换器设计一款输入28 V、输出3.3 V/30 A的电源样机,开关频率为700 kHz,原边主开关管采用低栅极电荷、低输出电容、零反向恢复损耗的氮化镓(GaN)器件,再结合平面变压器技术及次级同步整流(SR)技术,使样机峰值效率达到95.13%。最后通过对样机测试结果分析来验证方案的高效率和高功率密度。

燃料电池应用下的有源箝位正激变换器的研究

为解决燃料电池输出特性偏软,输出电压不稳的问题,研究设计了一种高效、稳定、电气隔离、宽输入范围的有源箝位正激变换器。采用有源箝位技术实现初级主、辅开关管的零电压开关(ZVS)。结合同步整流技术进一步减小输出损耗,为适应宽输入电压范围条件,利用外驱动方式;主控芯片选用UCC2897使电路的控制更加简便,并保证变换器输出稳定。最后,制作了120 W,输入电压36~72 V的实验样机并进行测试分析,通过实验数据验证了理论分析的正确性。

MOSFET非线性寄生电容对单管谐振正激变换器的影响及其处理

高效的正激变换器常利用高频谐振实现磁复位及软开关。高频下,MOSFET非线性寄生电容对谐振的影响更加明显,不仅导致谐振点偏移,软开关失效,更可能令磁芯无法正常谐振复位。为计算在非线性寄生电容影响下的谐振参数,利用Simplis搭建仿真模型,并推导基本数学表达式;利用分段线性法计算谐振过程中电容充放电时间,并根据能量守恒建立谐振参数取值的约束方程组。计算所得的谐振参数可在不降低频率和占空比的条件下克服MOSFET非线性电容的影响,当激磁电感取其上限值时,磁损最小,此时可得最高效率。

一种正激变换器的输出过流保护电路

设计了一种适用于有源箝位正激变换器的输出过流保护电路。通过分析峰值电流模下正激变换器的反馈与控制原理,实现了过流保护电路可控制正激系统在五种不同工作模式下切换。该技术通过调节片外电阻R_(CS),实现可编程过流阈值自主设定。同时通过调节片外电容C_(RES),实现可编程过流时域响应快慢。该电路基于0.18μm BCD工艺进行了仿真与流片测试,实际测试结果表明,系统发生过流时,可以实现良好的过流保护功能。

输入串联正激变换器集成变压器多绕组耦合机制及其优化

基于变压器集成的输入串联型变换器具有各串联电路自然均压、结构简单的优势。由于集成变压器各绕组间耦合参数的不同,可对变换器自然均压效果产生一定影响。以输入串联型正激变换器作为研究对象,针对集成变压器多绕组耦合参数对变换器输入均压效果的影响机制进行分析,总结出能提升输入均压效果的正激式集成变压器多绕组耦合参数优化方法。在理论分析的基础上,利用Saber建立输入串联变压器集成正激变换器模型,对分析内容进行仿真研究,仿真结果验证了理论分析的正确性及优化方法的可行性。

一种简单可靠的正激开关电源设计

设计了一种基于ADP1074控制器的正激式开关电源转换器。ADP1074内部集成了有源钳位控制电路,能降低主开关金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor field effect transistor,MOSFET)的电压应力。同时,芯片内部集成了独特的耦合器,可以将同步整流的反馈和时序信号在初级与次级之间传递,省略线性光耦、采样电路以及次级侧的同步整流电路。使用ADP1074能够简化电路设计,减少布板面积,增强电路可靠性。

推挽正激电容箝位零电压同步整流变流器研究

为进一步提高推挽变流器的效率,在传统的推挽电路一次侧高压侧中心抽头之间串联一个箝位电容器,实现漏感能量无损伤吸收并回馈到输入侧,并建立一次侧两个绕组之间的耦合关系,使一次侧两个绕组同时向二次侧传递能量,以降低一次侧吸收电路的损耗;同时,二次侧输出侧利用同步整流MOS管的双向导通特性,在输出端用同步整流MOS管代替整流二极管,降低整流电路的功率损耗,并针对弱电控制部分提出一种双闭环控制策略。最后,文章基于建模分析与仿真搭建一台240 W的工程样机,对控制环路及主功率器件的关键波形进行分析。分析结果表明,相对传统的推挽变流器,该电路拓扑可以有效减少桥臂开关损耗、降低二次侧整流电路的功率损耗,变流器的整体效率提高3%左右。

具有有源钳位吸收功能的有源钳位正激DC/DC变换器设计

本文详细介绍了具有有源钳位吸收功能的有源钳位正激DC/DC变换器技术应用于一种高效率开关电源设计,首先介绍了有源钳位正激变换器的工作原理,研究了有源箝位正激DC/DC变换器设计方法。为了提高转换效率,本文对开关尖峰吸收电路技术做了相关研究,最后详细介绍了电路的设计过程,制作产品并完成测试。最大效率达到94.0%。该开关电源在电路结构上采用有源钳位正激结构、有源开关尖峰吸收技术,通过电路参数优化设计,实现了高效率、高可靠等特点。

直流供电的双管正激电源设计

针对直流供电场景下设备供电方案的需求,分析对比了典型电源拓扑的特点,选择采用双管正激拓扑,并根据应用需求详细梳理了关键器件参数设计方法和选型计算。重点针对电源稳定性进行控制环路分析和建模,搭建了控制系统小信号仿真模型,通过仿真对控制环路参数设计和稳定性进行分析。并研制了一台200 W功率等级样机,各项性能指标达到设计要求,控制性能稳定,验证了参数设计和理论分析的正确性和有效性。

有源钳位正激同步整流DC-DC变换器转换效率分析及优化方法

研究了有源钳位正激DC-DC变换器中同步整流开关管寄生参数对输出效率的影响,并在此基础上对不同工作条件下拓扑中主要的功率器件进行损耗计算,对比分析后提出优化方法。该研究主要目的是强调在器件选型前期进行效率评估的重要性,其中包括提高选型灵活性、降低维护成本等优点。该研究成果对变换器前期设计指导具有较高参考价值。最后,以一款输入电压为36~75 V,输出为3.3 V的高效率电源变换器进行实际电测试验证。

有源箝位正激变换器稳态分析与小信号特性

深入分析研究了有源箝位正激变换器的稳态工作原理 ,获得了功率开关实现零电压ZVS开通的方法与边界条件。采用状态空间平均法 ,建立了变换器平均模型与小信号模型来预测有源箝位支路对有源箝位正激变换器小信号特性的影响 ,并提出了改善变换器动态特性的方法。给出了变换器原理试验结果和变换器小信号特性PSPICE仿真波形。

一种新颖的宽范围双管正激型DC/DC变换器

该文提出了一种RCD复位双管正激型DC／DC变换器。它继承了RCD复位单管正激变换器占空比可以大于50％的优点，克服了RCD复位单管正激变换器开关电压应力大和励磁能量完全消耗在R上而使得变换效率低的缺点。所推荐的RCD复位双管正激型DC／DC变换器的复位电容只起到补偿复位的作用，复位电阻R上消耗的能量只是原来RCD复位单管正激变换器的几分之一。因此该变换器可以应用于高压输入场合或是宽范围、高效率要求的场合，可提高RCD复位方式的可行性和实用性。最后通过实验证实了该拓扑上述的优点。

一族有源钳位正激变换器

研究有源钳位正激变换器拓扑族,提出了有源钳位正激变换器的三种开关单元:有源钳位正激正单元、有源钳位正激负单元和有源钳位正激复合单元。开关单元中的开关管、有源钳位支路和变压器共同构成正激变换器的主功率传输(变压器励磁)和变压器磁复位支路,在满足变压器励磁和磁复位所要求的电位条件下,通过单个有源钳位正激单元或者多个正激单元的串并联组合,得到了已有的有源钳位正激变换器拓扑和一系列新型拓扑。以其中一个拓扑为例,详细分析了变换器工作原理并进行了实验验证。

输出纹波最小化有源箝位正激磁集成变换器

传统有源箝位变换器存在输出电流脉动较大的缺点。利用磁集成技术将电感和变压器的交变磁通正向耦合,以减小有源箝位变换器的输出电流脉动。该文提出磁集成有源箝位正激变换器,并对其工作原理进行分析。通过将零纹波点设定在0.5占空比处,使变换器同时得到最小输出电流纹波和最低原边开关管的电压应力。给出集成磁件的设计公式以及原边电流脉动和输出电流脉动的表达式。通过2台100W磁集成和传统式的有源箝位正激变换器的实验对比,验证了理论分析的正确性。实验表明,与传统变换器相比,磁集成有源箝位变换器具有更高的变换效率和更小的输出纹波。

一种具有输入端电容均压的串-并型双管正激组合变换器研究

针对该双管正激组合变换器电感电流连续模式工作时,由于参数不对称导致输入端电容不能均压,须采用专门电压控制闭环来保证输入端电容均压,因而增加系统的控制复杂程度和降低了系统的可靠性。该文在分析工作原理基础上,揭示了组合变换器在电感电流断续模式工作时输入端电容自然均压的机理,使得功率开关管只承受一半的输入电压,并得到实验验证,从而简化系统控制、提高了系统可靠性。

一种新颖的交错并联正激三电平变换器

该文提出一种交错并联正激三电平直流变换器,其输出滤波电感可大大减小。这个特点使它非常适用于负载动态变化很快的功率变换场合(如电压调节模块),不仅可以提高动态响应速度,还可以减小输出滤波电容,从而使得输出滤波器体积大大减小,提高变换器的功率密度。该文首先分析该变换器的工作原理,然后和传统的两电平变换器进行比较,最后试制一台0.8V/100A输出的电压调节模块样机对该变换器性能进行试验验证。

谐振复位软开关双管正激型DC/DC变换器

提出一种谐振复位软开关双管正激型 DC/DC 变换器。它将谐振复位方式应用到双管正激变换器中，解决了双管正激变换器占空比不能大于0.5的缺点，同时保留了双管正激开关电压应力小的优点。此外，该拓扑利用谐振复位的特点和副边串接饱和电感的方法实现了所有开关的软开关，因此可以应用于高输入电压、宽范围、高效率要求的场合。文中对该拓扑的工作原理和特性以及软开关的实现和设计进行了详细的描述。最后通过实验验证了该拓扑的上述优点。

推挽正激整流及其应用

在传统的全波整流基础上,引入一个电容,提出了一种新颖的整流电路——推挽正激整流。文中分单极性和双极性两种情况对电路工作原理进行分析,揭示出这种整流电路的优点:① 输出电感电流纹波小;② 输出整流二极管无反向恢复电压尖峰;③ 可以实现所有开关管的 ZVS 开关; ④减小了续流期间的导通损耗。理论分析和仿真结果表明推挽正激整流拓扑特别适用于作为“直流变压器”。基于以上分析设计的 240W“直流变压器”原理样机效率高达 97.1%,表明该整流方式具有优越的整机性能。

正激推挽电路的ZCS方案

提出了正激推挽电路的ZCS方案。在次级整流桥后增加辅助谐振网络 ,实现了电路主开关管的零电流开关 (ZCS)。通过理论推导、仿真分析和 2 8.5V输入 75V输出DC/DCZCS变换器的研制证明了该方案的优点。本电路的零电流方案具有通用性 ,可以应用到其他有变压器隔离的变换器拓扑中。

耦合电感并-串型双管正激组合变换器研究

为了克服双管正激变换器电压增益低、不适合应用于高输出电压场合的弱点,该文提出了一种耦合电感并-串型双管正激组合变换器。该组合变换器根据耦合电感的耦合系数不同,有 3 种工作方式;其中耦合系数为 1 的工作方式,电压增益最大、为双管正激变换器的 4 倍,从而使组合变换器副边续流二极管电压应力为双管正激变换器的 1/4 倍,改善了续流二极管反向恢复问题。因而,该组合变换器适合应用于高输出电压场合,并且副边续流二极管可以采用低压快恢复二极管,提高了可靠性。