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信平变压器:高频变压器次级串联开关电源的实现

2018-04-24 16:12:11 德州信平电子有限公司 阅读

随着车载电源的迅速发展,其功率等级越来越大,输入电压等级多种多样。目前大部分车载用电设备都需用有效值220V的交流电压供电,要求采用升压型DC/DC和DC/AC变换器。为传递更大的功率,前级DC/DC变换器的电流等级被迫提升,尤其是在直流输入端中,使得效率问题更加突出,电能浪费严重。

对有效值为220V的交流电压供电而言,有些场合可采用幅值为220 V的交流方波电压,有些场合需采用基波幅值为311V的交流正弦电压。鉴于功率等级的提高,在维持高效率前提下,单级DC/DC变换器的上限功率很难接近1kW.在此设计了满载输出500W、效率90%单级12V/220V的DC/DC变换器单元,并实现两级次级串联方案,满载输出功率1 kW,满载效率90%.为提高效率并减少体积,采用平面变压器。

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次级软开关和CA1524控制器等技术,并给出工作原理、设计过程及有关实测数据的分析结果。

DC/DC变换器的设计2.1推挽逆变的原理在DC/DC变换器中,由于推挽变换器主电路、驱动电路都较简单,而且采用桥式整流电路,可降低整流二极管的电压定额,因此对于输入电压低、输出电压高的DC/DC变换器,选用推挽逆变和全桥整流来构成其功率电路。

传统推挽逆变-全桥整流DC/DC变换器设变压器初级匝数NP=NP1+NP2,T为高频变压器。由于驱动电路的作用,VS1,VS2交替导通,每个功率开关的占空比相等且均小于50%,从而将直流输入电压变成高频方波电压,通过高频变压器进行升压,再经次级全桥整流、滤波后得到所期望的直流电压。

该DC/DC变换器工作方式为:当VSi导通,VS2截止时,Ui加到Npi上,初级电流流经VSi,同时变压器次级电流通过VD3和VD6向负载供电;当VS2导通,VSi截止时,Ui加到Np2上,初级电流流经VS2,同时变压器次级电流通过VD4和VD5向负载供电;当VSi,VS2均截止时,初级不向次级传输能量,则负载的能量来自次级电感L和滤波电容C. 2.2平面变压器的设计考虑到该DC/DC变换器的相关参数,同时为了减少变换器的体积,设计采用DN500-12S110型平面变压器。该变压器可在更高的频率下工作,有利于提高电源转换效率,且其体积、重量大大降低,而效率更高。

平面变压器次级绕组采用铜皮,贴绕在多个同样大小的冲压铁氧体磁芯表面,故其输出电压取决于磁芯的个数,且平面变压器的输出电压可通过串联进行扩充,以满足设计要求。基于变换器设计要求,该平面变压器选择了EE43型磁芯。

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设初次绕组匝数比Npi:Np2:Ns=2:2:22.在1kHz的测试频率和有效值0.3V的测试电压条件下,平面变压器初级电感Lp=112 pH,漏感为0.1 pH,次级电感为16pH,漏感为80pH.初级直流电阻为1.3mfl,次级直流电阻为0.19. 2.3谐振软开关的设计为提高效率,可将软开关技术引入到推挽变换器中。示出谐振软开关推挽DC/DC变换器电路,其中变压器漏感Lr和谐振电容Cr组成了串联谐振支路。其中Lr=Lsr+Lpi/n2,Lsr为次级漏感,LF为变压器初级漏感,n为变压器匝比。

谐振软开关推挽DC/DC变换器电路。并联UPS系统均流控制。基于该变换器单元可实现变压器次级绕组多级串联DC/DC变换器,实现更大的功率输出并保持较高效率。该设计方案可用于车载电源和光伏发电领域,完成低直流电压到高直流电压的转换。


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