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2kW直流变换器设计文献综述

 2020-04-21 04:04  

1.目的及意义


buck电路即降压斩波电路,是基本的DC-DC电路之一。用于直流到直流的降压变换,主要应用于低压大电流领域,其目的是为了解决续流管的导通损耗问题。采用一般的二极管续流,其导通电阻较大,应用在大电流场合时,损耗很大。用导通电阻非常小的MOS管代替二极管,可以解决损耗问题,但同时对驱动电路提出了更高的要求。

随着电子技术的快速发展,电子设备的种类越来越多,电子设备与人们的工作、生活的关系也日益密切。任何电予设备都离不开可靠的电源,它们对电源的要求也越来越高。传统的品体管中联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统稳压技术比较成熟、并且已有大量集成化的线性稳压电源模块,具有稳定性能好、输出纹波电压小、可靠性高等优点。但由于调整管静态损耗大,需要安装一个很大的散热器给它散热。而且由于变压器工作在50Hz的工频上,所以其重量较大。又因为调整管工作在线性放大状态,为了保证输出电压稳定,其集电极与发射极之间需承受较大的电压差,导致调整管功耗较大,电源效幸很低,一般只有45%左右则。受这些缺点的限制、线性稳压电源根难满足现代电子设备发展的要求。

20世纪50年代,美国字航局以小型化、重量轻为目标,开发了开关电源。经过近半个世纪的发展,开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代线性稳压电源并得到了广泛应用回,各种电池供电的电子产品如照相机、提像机、录像机、个人数字助理、手机、手提电脑都需要DCDC变换器等开关电源芯片国。

20世纪80年代,计算机全面实现开关电源化、率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代,开关电源在电子、电气设备、家电领域得到了广泛的应用,开关电源技术进入快速发展时期间。对于非隔离的DCDC开关电源,按照电路功能划分,有降压式(BUCK)、升压式(BOOST),还有升降压式(BUCK-BOOST)等。其中品种最多,发展最快的当属降压式(BUCK)。

开关电源技术于20世纪80年代引入我国,随着计算机、通讯、汽车等行业的迅速发展。我国开关电源市场不断增长,开关电源控制器芯片的研究已成为国内功率电子学领域中颇受关注的热点。我国目前能源紧缺,而电源行业又是一个与能源消耗密切相关的行业,因此我们在设计DCDC开关电源产品时,转换效率必须作为一个重要的指标加以考虑。尤其是随着采用36V组离子电池作为电源的消费类电子产品市场不断扩大,且功能和性能变得更多和更高,对适用于这类产品的BUCK变换器的性能提田了更高的要求。

因此研究BUCK变换器的性能具有重要的理论和现实意义。

在目前现有的DC-DC变换技术当中,可供选择的电路拓扑结构形式有很多种,如:Buck、Boost、Buck-Boost、Fly-back、Forward 和Full-Bridge、Half-Bridge 等电路。Buck、Boost等非桥式电路一般应用在小功率场合;正激变换器和反激变换器的变压器单向励磁,利用率低,适合中、小功率电源,像小功率电子设备、计算机设备等。半桥电路适用于各种工业电源,计算机电源等。在中、大功率场合一般采用全桥变换器,这是因为全桥DC-DC变换器不仅保持了半桥DC-DC变换器中开关管截止时期间承受电压低的特点,又具有Push-Pull电路具有的输出电压高、输出功率大的优点,变换器功率开关管的电压和电流定额相同的情况下DC-DC变换器的输出功率通常与所用开关管数量成正比,其输出功率要大于其它电路拓扑结构的输出功率,而且还能够通过变压器实现隔离以及相同或不同的多路电压输出,因此全桥DC-DC变换器更适合高压输入和中大功率的场合,在基站的直流远程供电方案当中也是首选的电路拓扑结构。

电子产业的迅速发展极大地推动了开关电源的发展,高频化、小型化、轻量化的开关电源及其技术已成为现代电子设备供电系统的主流。

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