两级结构在高效大功率DC/DC变换器中的研究与应用

摘要

论文主要研究了两级结构在高效大功率DC/DC变换器中的应用。此种变换器主要应用于3G通信基站电源，具有很大的应用价值，初步预计需求量为2K/年，市场潜力巨大。两级变换器最大的特点就是能很好与同步整流拓扑配合，提高变换器效率，很适合用于低压大电流情况下；电路拓扑简洁，控制电路简单；前级电路可以在高频下工作，滤波器很小；适应大范围电压波动。本文研究的目的是为两级变换结构中的Buck+Pushpull这种两级结构提供理论分析依据，以及为今后进一步深入研究和开发高效大功率DC/DC两级变换器提供了借鉴和参考依据。
　　本文主要研究内容分为以下几个方面：
　　(1)通过对应用于高效大功率DC/DC变换器的各种拓扑技术比较，引出两级变换结构。并在此基础上详细分析了两级变换器拓扑的稳态运行原理。本文所做的Buck+Pushpull这种两级结构的详细稳态电路分析在目前国内外的资料中较少见到。
　　(2)借助SABER仿真工具，对一些与开关应力有关的关键参数进行了选取，并且通过实际原理样机上的调试证实了参数选择的正确性。通过对几种同步整流管驱动电路比较，提出了一种适合两级结构同步整流的驱动电路，不仅得到了符合输出要求的驱动波形，驱动时序合理，电路内所有MOSFET管应力均不超标，同时还极大地提高了变换器的效率。
　　(3)应用两种数学建模方法对变换器的主拓扑进行了数学建模，并配合Matlab的SISO tool对系统传递函数进行了校正，设计出合适的控制器，对实际环路的设计提供了很大的帮助。
　　(4)对整个变换器的主功率电路和控制、保护电路进行了设计和参数优化，极大地提高了DC/DC变换器的效率等各项关键性能，对系统的电路设计有较强的实践指导意义。
　　经过对两级变换器拓扑的理论分析和研究，解决了本课题的开关管应力及热损耗难题，最后设计并制作了原理样机。本文后面章节所示的实验结果显示变换器各个综合性能指标均达到预设规格，各个关键点波形较好，效率高达94％，纹波噪声较低，动态也得到了较好的均衡设计，变换器散热较好。