基于耦合電感軟開(kāi)關(guān)BUCK變換器的研究.pdf

1、Buck變換器應(yīng)用廣泛，比如可以為音圈電機(jī)、直流電機(jī)以及電子設(shè)備等提供直流供電電源。更高效率和更小體積的Buck直流調(diào)壓電源一直是研究的熱點(diǎn)。因此，本文對(duì)Buck變換器進(jìn)行研究，以提高供電電源的可靠性和效率，并通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)減小Buck變換器的體積和重量，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)用意義。
　　論文在研究大量軟開(kāi)關(guān)變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化以及采用耦合電感替代濾波電感的方式，提出了一種基于耦合電感的軟開(kāi)關(guān)Buck變換器。對(duì)

2、改進(jìn)型Buck變換器工作過(guò)程的各個(gè)模態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和公式推導(dǎo)，并給出了主要器件在單個(gè)周期內(nèi)的電壓和電流理想波形，以及對(duì)開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二極管實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的控制方法分別進(jìn)行了討論。同時(shí)對(duì)耦合電感進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模分析，并從磁芯材料和磁芯形狀兩個(gè)方面分別進(jìn)行了討論和優(yōu)化。詳細(xì)分析了耦合電感匝數(shù)比的改變對(duì)改進(jìn)型Buck變換器各開(kāi)關(guān)器件的電壓和電流應(yīng)力以及其性能的影響。根據(jù)需要制作了不同匝數(shù)比的耦合電感，并分別采用直接測(cè)量法和等效電路法對(duì)耦合電感

3、的自感和互感進(jìn)行了測(cè)量。
　　耦合電感和諧振電容需選擇合適的參數(shù)，才能使改進(jìn)型Buck變換器各開(kāi)關(guān)器件工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)下。本文對(duì)耦合電感和諧振電容參數(shù)值大小的選擇進(jìn)行了討論分析，并給出了改進(jìn)型Buck變換器的輸入和輸出電壓、開(kāi)關(guān)周期等參數(shù)值。對(duì)改進(jìn)型Buck變換器搭建了仿真模型，并進(jìn)行了詳細(xì)的仿真研究。仿真波形表明改進(jìn)型Buck變換器各開(kāi)關(guān)器件在耦合電感不同匝數(shù)比下均實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，并且各開(kāi)關(guān)器件和耦合電感的電壓和電流應(yīng)力均不大

4、。對(duì)改進(jìn)型Buck變換器各開(kāi)關(guān)器件的功率損耗也進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明各開(kāi)關(guān)器件的功率損耗與耦合電感的匝數(shù)比成反比。
　　試制了一臺(tái)48V輸入、32V輸出，開(kāi)關(guān)頻率為50kHz的基于耦合電感軟開(kāi)關(guān)Buck變換器樣機(jī)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的條件搭建了實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論和仿真分析相一致，驗(yàn)證了改進(jìn)型Buck變換器原理和設(shè)計(jì)的正確性及控制方法的有效性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)型Buck變換器工作在斷續(xù)導(dǎo)電模式下，其效率隨耦合電感匝數(shù)比的增加而升