大功率高頻開關(guān)充電電源的研制_圖文

1、武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文大功率高頻開關(guān)充電電源的研制姓名：楊志剛申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置指導(dǎo)教師：秦娟英;王攀20070401摘要本文所設(shè)計(jì)的大功率高頻開關(guān)充電電源來源于某公司的實(shí)際產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目，以實(shí)際樣機(jī)的設(shè)計(jì)及調(diào)試過程為依托，從兩個(gè)方面對(duì)主電路和控制電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析，在實(shí)際研制過程中，采用理論分析與試驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方式，對(duì)各電路設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。文章首先介紹了選題背景，開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的概況及功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展歷程；提出了大功率高頻開關(guān)充電電源的設(shè)計(jì)要求，并提出了論文設(shè)計(jì)的總體方案及文章內(nèi)容安排。本文第二部分詳細(xì)介紹了高頻開關(guān)變換器的基本分類，分析了幾種常見

2、變換器的工作原理，著重分析了全橋隔離型變換器的工作過程；對(duì)高頻開關(guān)變換器的控制策略進(jìn)行了介紹，著重分析了脈寬調(diào)制控制方式（）的工作機(jī)理。本文第三部分詳細(xì)論述了本設(shè)計(jì)中高頻開關(guān)變換器部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容。首先介紹變換器主電路的拓?fù)溥x擇及元件選型；然后，闡述了平板變壓器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并從變壓器的基本工作原理入手，詳細(xì)論述了矩陣式平板變壓器的設(shè)計(jì)原理。在此基礎(chǔ)上，從實(shí)際應(yīng)用的角度，對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合全橋式變換電路及控制電路，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了三相輸入的矩陣式高頻功率變換器，并完成了各主要電路參數(shù)的設(shè)計(jì)。本文第四部分闡述了單相技術(shù)的基本類型和優(yōu)缺點(diǎn)，并著重介紹了舞壓型有源電路的基本工作原理：對(duì)三相功率因數(shù)校正器

3、的主要電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，并分析了各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)及存在的問題，在此基礎(chǔ)上提出了一種新穎的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確立了本選題所采用的三相技術(shù)的解決方案，即采用組合式的三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，單相主電路采用升壓型電路，?？刂齐娐凡捎闷骄娏骺刂颇Ｊ健１疚淖詈蠼o出了樣機(jī)調(diào)試的主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形，試驗(yàn)結(jié)果證明了本文所作理論分析及實(shí)際設(shè)計(jì)的正確性和可行性。關(guān)鍵詞：，開關(guān)變換器，矩陣平板變壓器，班，（），武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，：，獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得武

4、漢理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。研究生簽名：莓丕杰西！日期：至主：！關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即學(xué)校有權(quán)保留、送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。（保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）研究生簽名：布留白筇導(dǎo)師塹名：讎日期：二叢武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第章緒論選題背景現(xiàn)代文明的發(fā)展進(jìn)步，為人類社會(huì)帶來了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。人們?cè)谙硎苤八从械木裆睢⑽镔|(zhì)生活的同時(shí)，也深

5、切感受到了其在能源、環(huán)境等方面所帶來的巨大副作用。在人類社會(huì)的發(fā)展過程中汽車起到了一個(gè)重要的作用，汽車工業(yè)對(duì)于一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和各項(xiàng)科技的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。但是，燃油汽車尾氣排放污染是現(xiàn)代城市中大氣的主要污染源，已經(jīng)對(duì)環(huán)境造成了巨大的破壞，尤其嚴(yán)重的是內(nèi)燃機(jī)的廣泛使用使極其有限的石油和天然氣資源正在以驚人的速度減少，而這些資源同時(shí)又是重要的、不可再生的化工原料，作為燃料直接燃燒是對(duì)能源的極大浪費(fèi)。按照現(xiàn)在的消耗速度，石油、天然氣資源僅僅能夠再維持人類數(shù)十年的使用。面對(duì)著日益貧乏的自然能源，越來越惡劣的地球環(huán)境，“節(jié)能環(huán)?！币殉蔀槲磥砩鐣?huì)發(fā)展的一大主題。它要求人們節(jié)省能源，注重環(huán)保，以實(shí)現(xiàn)

6、可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。正是在這樣的背景下，人們更加致力于清潔、環(huán)保的電動(dòng)汽車的研制和開發(fā)。以動(dòng)力蓄電池為能源的電動(dòng)汽車被認(rèn)為是世紀(jì)的綠色土程。電動(dòng)汽車的基本特點(diǎn)是能自攜電能，像普通汽車一樣沿一般道路行駛，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性等達(dá)到或接近普通內(nèi)燃機(jī)汽車。同時(shí)電動(dòng)汽車具有噪音小、無排氣污染、易維修、可利用用電低谷期間充電以及節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來理想的交通運(yùn)輸工具。目前，電動(dòng)車核心部件中的電動(dòng)機(jī)、控制器和車體在理論和技術(shù)上已較為成熟，而儲(chǔ)能設(shè)備中的蓄電池、充電器的發(fā)展還不能滿足電動(dòng)車的要求，在理論上和技術(shù)上還有待攻關(guān)。蓄電池的好壞優(yōu)劣，直接影響著電動(dòng)車最主要的性能指標(biāo)和使用效果。而充電裝置

7、的好壞不僅直接影響到蓄電池的壽命，更重要的是它會(huì)影響到電動(dòng)車的推廣與使用，因此如何發(fā)展迅速高效可靠的充電技術(shù)己成為電動(dòng)汽車領(lǐng)域研究的重點(diǎn)方向之一。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文近幾年，國(guó)外很多大的公司已開始著手研制新一代的電動(dòng)車充電器，以適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)充電器無污染、節(jié)能高效、快速便捷的要求，典型代表如美國(guó)的公司。該公司目前正著手研發(fā)下一代快速充電器，該充電器將保留原來所有充電器（和）的快速充電及智能化的特點(diǎn)，同時(shí)具有體積小，重量輕，效率高，獨(dú)特的功能和擴(kuò)展的特性。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該考慮設(shè)計(jì)的獨(dú)特性和可檢驗(yàn)的要求，滿足下一代充電器市場(chǎng)的要求。本論文選題正是源于公司下一代快速充電器研發(fā)項(xiàng)目，以在國(guó)內(nèi)一家

8、合作公司的研發(fā)中心為開發(fā)平臺(tái)，研制下一代充電器用高頻功率模塊電源。國(guó)內(nèi)外開關(guān)電源的發(fā)展概況目前，常用的充電電源主要有以下三種：相控電源、線性電源、開關(guān)電源“。相控電源是較傳統(tǒng)的電源，它將市電直接經(jīng)過整流濾波后輸出直流，通過改變晶閘管的導(dǎo)通相位角，來控制整流器的輸出電壓。相控電源所使用的變壓器是工頻電源變壓器，它的體積龐大，由此造成相控電源本身體積龐大、效率低下。而且該類電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)差、可靠性能低。目前相控電源己經(jīng)有逐步被淘汰的趨勢(shì)。線性電源是另一種常見的電源，它是通過串聯(lián)調(diào)整管可以連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源。線性電源的功率調(diào)整管總是工作在放大區(qū)，通過的電流是連續(xù)的。由于調(diào)整管上的損耗功率較大，所以

9、需要采用大功率調(diào)整管并且需要裝配體積很大的散熱器。開關(guān)電源的研究發(fā)展歷史比較短，二十世紀(jì)五十年代，（，美國(guó)宇航局）以小型化、重量輕為目標(biāo)，為搭載火箭開發(fā)了開關(guān)型穩(wěn)壓電源（簡(jiǎn)稱開關(guān)電源，）。經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代了傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源，并廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中。二十世紀(jì)八十年代，計(jì)算機(jī)全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化。二十世紀(jì)九十年代，開關(guān)電源在電子、電器設(shè)備、家電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，開關(guān)電源技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展期。開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)管的占空比來調(diào)整輸出電壓。以功率晶體管為例，當(dāng)開關(guān)管飽和導(dǎo)通時(shí)，集電極和發(fā)射極

10、兩端的武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文壓降接近零；當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，其集電極電流為零。所以其功耗很小，效率可高達(dá)。開關(guān)電源直接對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調(diào)整，然后由開關(guān)管進(jìn)行穩(wěn)壓，不需要工頻變壓器。此外，開關(guān)管的工作頻率為幾十千赫茲以上，濾波電容器、電感器的容量值較小。因此，開關(guān)電源具有重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)。又由于效率高，損耗小，機(jī)內(nèi)溫升低，提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。而且，其對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高，一般串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)的波動(dòng)范圍為士，而一般開關(guān)電源在電網(wǎng)電壓在范圍內(nèi)變化時(shí)，都可以獲得穩(wěn)定的直流輸出電壓。開關(guān)電源技術(shù)在二十世紀(jì)八十年代引入我國(guó)，由于在體積、重量、效率和可靠性等多方面的優(yōu)勢(shì)，目

11、前在計(jì)算機(jī)、通信、雷達(dá)、家用電器、自動(dòng)化設(shè)備等眾多領(lǐng)域中己完全取代了傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源技術(shù)屬于電力電子技術(shù)，它運(yùn)用功率變換器進(jìn)行電能變換，經(jīng)過變換后的電能可以滿足各種用電要求，由于其高效、節(jié)能可帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此己引起社會(huì)各方面的重視。目前，國(guó)內(nèi)開關(guān)電源自主研發(fā)及生產(chǎn)廠家大約有家，形成規(guī)模的約有家，如愛默生電源、朝陽(yáng)電源、匯眾電源等【】。近幾年，隨著新的電子元器件、新電磁材料、新變換技術(shù)、新控制理論及新的軟件不斷地出現(xiàn)并應(yīng)用到開關(guān)電源上，國(guó)內(nèi)外開關(guān)電源技術(shù)己經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)展。綜合起來，開關(guān)電源的技術(shù)追求和技術(shù)發(fā)展可以概括為以下幾個(gè)方面：高頻化：開關(guān)電源的體積、重量主要

12、是由儲(chǔ)能元件（磁性元件和電容）決定的，因此開關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡可能減小其中儲(chǔ)能元件的體積。在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感及變壓器的尺寸，而且還能夠抑制干擾，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。因此，高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向。軟開關(guān)技術(shù)：為提高變換器的變換效率，各種軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，具有代表性的是無源開關(guān)技術(shù)和有源開關(guān)技術(shù)，主要包括（零電壓開關(guān)零電流開關(guān)）諧振、準(zhǔn)諧振、（零電壓零電流脈沖脈寬調(diào)制技術(shù)）以及無源無損軟開關(guān)技術(shù)、有源軟開關(guān)技術(shù)等【】。采用軟開關(guān)技術(shù)可以有效的降低開關(guān)損耗和開關(guān)應(yīng)力，有助于變換器變換效率的提高，而效率的提高降低了整機(jī)的溫升，增加了開關(guān)電源的可靠

13、性。功率因數(shù)校正技術(shù)（）：目前技術(shù)主要分為有源技術(shù)和無源技術(shù)兩大類。采用技術(shù)可以提高變換的輸入功率因數(shù)，減武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文少開關(guān)電源對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（）和智能化：采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和仿真技術(shù)設(shè)計(jì)最新變換拓樸和最佳參數(shù)，使開關(guān)電源具有最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)和最佳工況。在電路中引入微機(jī)檢測(cè)和控制，可構(gòu)成多功能監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)檢側(cè)、記錄并自動(dòng)報(bào)警等。另外，新的磁性材料及變壓器技術(shù)的研究也是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。面對(duì)開關(guān)電源效率更高、體積更小、重量更輕的發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)的隔離交壓器在效率、體積、重量等方面嚴(yán)重制約了開關(guān)電源的進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí)由于變壓器涉及到的主要參數(shù)有電壓、電流、頻

14、率、變比、溫度、磁芯值、漏抗、損耗、外形尺寸等，所以一直無法像其它電子元器件那樣有現(xiàn)成的變壓器可供選用，常常要經(jīng)過繁瑣的計(jì)算來選用磁芯和繞組導(dǎo)線，而且繞組繞制對(duì)變壓器的性能也有較大影響，加之變壓器的許多重要參數(shù)不易測(cè)量，給使用帶來一定的盲目性，很難在頻率響應(yīng)、漏抗、體積和散熱等方面達(dá)到滿意效果。平板變壓器（）技術(shù)則在隔離變壓器的許多方面實(shí)現(xiàn)了重要的突破。平板變壓器采用低高度的磁芯配合特殊的繞組繞制方式，變壓器的應(yīng)用設(shè)計(jì)靈活，讓電路的結(jié)構(gòu)的選擇更具有彈性，效能更高，給開關(guān)電源技術(shù)帶來了新的進(jìn)步。目前，國(guó)外的許多電源產(chǎn)品中都開始采用平板變壓器技術(shù)，如蓄電池充電電源、通信設(shè)備分布式電源、等。而國(guó)內(nèi)的

15、隔離開關(guān)變壓器在材料、工藝等方面與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家有一定差距，阻礙了開關(guān)電源開關(guān)高頻的提升和效率提高，使開關(guān)電源產(chǎn)品停留在一個(gè)較低的水平。平板變壓器技術(shù)將會(huì)為高頻開關(guān)電源的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品化提供有益的幫助。功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大量電子設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、電視機(jī)、電子整流器、燈光調(diào)節(jié)器等投入使用，使得諧波電流迅速加大，大大降低了電網(wǎng)的供電質(zhì)量，給用電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了威脅。過多的諧波電流電流成分將會(huì)產(chǎn)生一下幾個(gè)方面的危害：使在電網(wǎng)傳輸線上流過大量無功電流，產(chǎn)生過多的電能傳輸損耗。使三相四線供電系統(tǒng)中的零線電流增大，容易導(dǎo)致零線過載。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文引起

16、電壓失真，使接在同一電網(wǎng)的電機(jī)過熱，降低其有效輸出功率。對(duì)接在同一電網(wǎng)中的電子設(shè)備，尤其是通訊設(shè)備，產(chǎn)生電磁干擾。可能在供電系統(tǒng)中引起其它危害，如使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生波動(dòng)，進(jìn)而對(duì)接在同一網(wǎng)絡(luò)的照明設(shè)備的亮度產(chǎn)生變化，這種燈光的閃爍對(duì)人的健康特別有害。這種低功率因數(shù)用電設(shè)備對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的不利影響引起了國(guó)際社會(huì)的普遍重視，促使國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織開始制訂新的電氣和電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電力電子裝置進(jìn)行了嚴(yán)格的諧波限制，規(guī)范和凈化交流電網(wǎng)。這些標(biāo)準(zhǔn)中最著名的就是老版本的系列標(biāo)準(zhǔn)，近幾年，系列標(biāo)準(zhǔn)又經(jīng)過修訂作為系列標(biāo)準(zhǔn)出版【。率先實(shí)施電磁兼容性強(qiáng)制性認(rèn)證的歐盟已將其納入必須符合的標(biāo)準(zhǔn)范圍。我國(guó)也在年由國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局頒布

17、了電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)（）【。電力電子產(chǎn)品的廣泛使用，對(duì)電網(wǎng)造成了嚴(yán)重的諧波污染。這使得功率因數(shù)校正（）技術(shù)成為電力電子研究的一個(gè)熱點(diǎn)。功率因數(shù)校正的目的，就是采用一定的控制方法，使電源的輸入電流跟蹤輸入電壓，功率因數(shù)接近為。如何消除和抑制對(duì)公共電網(wǎng)的污染，提高功率因數(shù)，己成為當(dāng)今世界的重要研究課題。從技術(shù)的發(fā)展歷程來看，人們最早是采用電感器和電容器構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功率因數(shù)校正。采用這種技術(shù)所需的濾波電容器和濾波電感器的體積和重量較大，因此電路往往較笨重，并且對(duì)于輸入電流波形中的諧波電流的抑制效果并不理想。早期的有源功率因數(shù)校正電路是晶閘管電路。七十年代以后，隨著功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，開

18、關(guān)變換技術(shù)突飛猛進(jìn)。到八十年代，現(xiàn)代有源技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。由于變換器工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，這種有源功率因數(shù)校正技術(shù)具有體積小、重量輕、效率高、功率因數(shù)可接近等優(yōu)點(diǎn)。這一時(shí)期是有源功率因數(shù)校正技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段，其間提出的一些基本技術(shù)是有源功率因數(shù)校正技術(shù)的基礎(chǔ)?？梢哉f，年代是基于變換器的功率因數(shù)校正的年代。當(dāng)時(shí)的研究工作主要集中在工作于連續(xù)導(dǎo)電模式（）下的變換器上，其控制方式一般是基于乘法器（）原理，這種模式下可以獲得很大的功率轉(zhuǎn)換能量，但這種方式的控制電路復(fù)雜，對(duì)于以下的中、小功率容量場(chǎng)合并不適合。八十年代末提出了工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式（）嘲下的功率因數(shù)校正技術(shù)，其輸入電流自動(dòng)跟隨輸入電壓，輸入功率

19、因數(shù)可按近武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文。這種變換器也叫電壓跟隨器（）】，其控制簡(jiǎn)單，在小功率場(chǎng)合倍受青睞。九十年代以來，有源功率因數(shù)校正技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，有關(guān)論文不斷出現(xiàn)，特別是年以前的（電力電子專家會(huì)議論文集）上有關(guān)功率因數(shù)校正技術(shù)的報(bào)道很少，自年起，設(shè)立了單相功率因數(shù)校正技術(shù)專題，這被看作是單相有源功率因數(shù)校正技術(shù)發(fā)展的里程碑，從此，不斷有新穎的功率因數(shù)校正原理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法的出現(xiàn)，特別是提出了一些功率因數(shù)校正的軟開關(guān)技術(shù)（主要有零電流開關(guān)（）和零電壓開關(guān)（）兩種軟開關(guān)技術(shù)們）、三電平（）技術(shù)、磁放大技術(shù)等新穎的功率因數(shù)校正技術(shù)田】。經(jīng)過這一發(fā)展歷程，有源功率因數(shù)校正技術(shù)已經(jīng)具備了高

20、性能、低成本的特征，獲得了廣泛應(yīng)用。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前，單相功率因數(shù)校正技術(shù)被研究得比較多，在電路拓?fù)浜涂刂品矫娑枷喈?dāng)成熟，在今后的研究過程中，尋求更加簡(jiǎn)單的控制策略、降低的成本、減小和、降低器件開關(guān)應(yīng)力、提高整機(jī)效率是今后功率因數(shù)校正變換器的發(fā)展趨勢(shì)舊。而適合中高功率等級(jí)的三相功率因數(shù)校正電路在由于應(yīng)用極為廣泛，工作機(jī)理比較復(fù)雜而成為近年來研究的熱點(diǎn)。單相技術(shù)的成熟對(duì)三相的研究有很大的借鑒意義。隨著技術(shù)的研究的不斷深入，近年來提出了很多三相拓?fù)浼翱刂撇呗?。與單相功率因數(shù)校正整流裝置相比，三相整流裝置具有許多優(yōu)點(diǎn)：輸入功率高，功率額定值可達(dá)幾千瓦以上；雖然每相輸入功率包含工頻的交變分量，但

21、在三相平衡裝置中，三相輸入功率脈動(dòng)部分的總和為零，輸入功率是一恒定值；這樣，輸出電容上無工頻紋波，可以使用容量較小的輸出電容，可以實(shí)現(xiàn)更快的輸出電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)節(jié)。不過，三相整流電路遇到的一個(gè)很大的難題就是三相之間的藕合。在單相不控整流電路中，如果負(fù)載等效為一個(gè)電阻，則輸入功率因數(shù)為，但在三相不控整流電路中，即使負(fù)載等效為一個(gè)電阻，也不能獲得滿意的功率因數(shù)，原因在于三相不控整流電路中三相電壓通過的不控整流橋互相耦合，不可能同時(shí)兼顧三相輸入電流，使任何相輸入電流都不能獨(dú)立控制為正弦波形。為使三相輸入電流都為正弦波形，必須對(duì)三相輸入電壓進(jìn)行解耦。近年來三相技術(shù)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面【】：新穎的

22、三相電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究。三電平、交錯(cuò)并聯(lián)等技術(shù)以減小輸入諧波和濾波器的研究。軟開關(guān)技術(shù)在三相電路中的應(yīng)用研究。三相單級(jí)電路的研究?？刂撇呗?。目前，國(guó)內(nèi)外在三相技術(shù)上，特別是有源三相方面做了大量的工作，提出了一系列的控制策略和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如文獻(xiàn)、中提出的諧波注入法；文獻(xiàn)、中提出的新穎的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及滯后控制技術(shù)；以及文獻(xiàn)、中提出的采用數(shù)字控制等?？梢哉f國(guó)外在這一領(lǐng)域的研究活動(dòng)相當(dāng)活躍，相比而言，國(guó)內(nèi)三相技術(shù)的研究稍晚，起步于年代中期，但發(fā)展迅速，已取得了不小的研究成果。論文的研究?jī)?nèi)容要完成的設(shè)計(jì)任務(wù)本論文選題源于珠海某公司的實(shí)際合作項(xiàng)目，為該公司研發(fā)一款主要應(yīng)用于電動(dòng)車蓄電池充電的高頻大功率充電電源，

23、本課題設(shè)計(jì)的實(shí)際技術(shù)指標(biāo)如下：三相四線制交流輸入，單相輸入電壓，輸入頻率，且要求采用三相有源功率因數(shù)校正器，減少諧波污染；滿負(fù)載輸出額定功率限定在；輸入功率因數(shù)高于；在滿載和額定輸入電壓的條件下，測(cè)得的諧波失真應(yīng)小于；在正常的輸入電壓和負(fù)載條件下，當(dāng)輸出電壓大于負(fù)載大于額定值時(shí)，效率大于或；輸出電壓一對(duì)應(yīng)外控基準(zhǔn)一，且連續(xù)可調(diào)，以便給，蓄電池充電使用；輸出電流對(duì)應(yīng)外控電流基準(zhǔn)一，且連續(xù)可調(diào)。論文研究的基本思路采用的技術(shù)解決方案關(guān)鍵點(diǎn)如下所述：分兩級(jí)設(shè)計(jì)，前級(jí)三相有源采用組合式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；后級(jí)變換器采用全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制技術(shù)；變壓器采用新型的矩陣式平板變壓器，通過矩陣式磁耦合原理實(shí)現(xiàn)三個(gè)單相的單一

24、直流輸出。整體設(shè)計(jì)框圖如圖所示。圖論文選題的整體設(shè)計(jì)方案框圖論文章節(jié)安排具體章節(jié)安排如下：第一章：介紹論文選題的背景及來源，高頻開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展過程，以后的發(fā)展方向；介紹功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展歷程：三相功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及研究熱點(diǎn)；本文設(shè)計(jì)所要完成的任務(wù)及論文內(nèi)容安排。第二章：介紹常用的高頻開關(guān)直流變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)；分析全橋式變換器的工作原理；介紹開關(guān)變換器的控制方式及控制器的基本工作原理。第三章：選擇主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；介紹矩陣平板變壓器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)；分析矩陣平板變壓器的設(shè)計(jì)原理及實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)化設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)分析三相輸入的矩陣式高頻開關(guān)變換器的電路原理；進(jìn)行矩陣變壓器的參數(shù)設(shè)計(jì)及控

25、制電路的實(shí)際電路設(shè)計(jì)。第四章：介紹功率因數(shù)校正技術(shù)的基本分類、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法；分析單相升壓型功率因數(shù)校正器的工作原理；介紹三相功率因數(shù)校正器的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出本文所設(shè)計(jì)的新穎電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；進(jìn)行主電路和控制電路的實(shí)際應(yīng)用電路及主要參數(shù)設(shè)計(jì)。第五章：樣機(jī)測(cè)試結(jié)果及結(jié)論分析。第章高頻開關(guān)變換器的原理分析高頻開關(guān)變換器的基本原理硬開關(guān)變換器的基本手段把直流電壓轉(zhuǎn)換成另一種直流電壓最簡(jiǎn)單的辦法是串一個(gè)電阻，這樣不涉及變頻的問題，顯的很簡(jiǎn)單，但是效率低。用一個(gè)半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān)，使帶有濾波器（或和）的負(fù)載線路與直流電壓一會(huì)相接，一會(huì)斷開，則負(fù)載上也得到另一個(gè)直流電壓。這就是的基本手段，類似于“斬

26、波（）”作用【。一個(gè)周期內(nèi)，電子開關(guān)接通時(shí)間乙所占整個(gè)周期的比例，稱作接通占空比，乙，很明顯，接通占空比越大，負(fù)載上電壓越高；正稱作開關(guān)頻率，則疋高，負(fù)載上電壓也越高。這中變換器中的開關(guān)都在某一固定的頻率下工作，這種保持開關(guān)頻率恒定但改變接通時(shí)間長(zhǎng)短（即脈沖的寬度），使負(fù)載變化時(shí)，負(fù)載上電壓變化不大的方法，稱脈寬調(diào)制法（）。由于電子開關(guān)按外加控制脈沖而通斷，控制與本身流過的電流、兩端所加的電壓無關(guān)，因此，電子開關(guān)稱為硬開關(guān)。很明顯，由于硬開關(guān)開斷和接通時(shí)，開關(guān)上同時(shí)存在電壓、電流，損耗是比較大的，但無論如何比串電阻變換方法小得多。硬開關(guān)變換器，從輸入與輸出之間是否由變壓器隔離，可分為兩類，即基

27、本變換器和帶變壓器的隔離型變換器，變換器的主要功能是變壓，至于隔離與否，則要看實(shí)際應(yīng)用的需要。基本變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有，和這六種。帶隔離變壓器的交換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是從基本變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)演變而來的，按工作方式可分為：?jiǎn)味朔醇ぁ味苏?、推挽式、半橋式和全橋式【】。帶隔離變壓器的變換器基本的變換器雖然可以完成直流電壓的轉(zhuǎn)換，但是它們實(shí)際上存在著轉(zhuǎn)換功能上的局限性，例如，輸入輸出不隔離，輸入輸出電壓比或電流比不能過大以及無法實(shí)現(xiàn)多路輸出等。但是通過采用隔離變壓器可以很好的解決這些功能上不足的問題，在實(shí)際應(yīng)用中這種帶隔離變壓器的變換器的應(yīng)用范圍比基本變換器更加廣泛。由于帶隔離變壓器的變換器是從基本變

28、換器派生、組合、演變而來的，它們從哪個(gè)基本變換器變來，就帶有哪個(gè)基本變換器的本質(zhì)特征（如電壓增益等）。在本次設(shè)計(jì)中由于要求的輸出電壓最高只有，所以采用帶隔離變壓器的變換器，其相對(duì)應(yīng)的基本變換器采用型。帶有隔離變壓器的變換器的基本結(jié)構(gòu)可以分為：?jiǎn)味耸健⑼仆焓?、半橋式和全橋式。其電路原理圖如圖到所示。單端式隔離型變換器如圖（）（）所示，單端隔離型變換器有兩種電路形式，即反激型和正激型。其工作原理如下：?jiǎn)味朔醇ば妥儞Q器圖（）所示為單端反激型變換器的主回路，當(dāng)功率晶體管導(dǎo)通時(shí)，高頻變壓器的原邊電壓等于輸入電源電壓，其極性為上正下負(fù)。與之對(duì)應(yīng)的高頻變壓器副邊電壓為上負(fù)下正，此時(shí)整流二極管承受的是反向偏置

29、電壓，故不導(dǎo)通。負(fù)載上的電流是靠輸出電容。的放電電流來提供，此時(shí)，高頻變壓器將電能變?yōu)榇拍軆?chǔ)存起來，而在晶體管受控截止時(shí)，高頻變壓器原、副邊電壓極性改變。整流二極管（和反相型開關(guān)電源中的續(xù)流二極管相對(duì)應(yīng)）由反偏變?yōu)檎珜?dǎo)通，高頻變壓器就將原先儲(chǔ)存的磁能變?yōu)殡娔?，通過整流二極管向負(fù)載供電和向輸出電容充電。此電路的整流二極管是在功率晶體管截止時(shí)才導(dǎo)通的，故稱此電路為反激型電路。二啞（）單端反激變換電路武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文（）單端正激變換電路圖單端式變換器電路單端正激型變換器圖（）所示為單端正激型變換器的主回路。當(dāng)功率晶體管導(dǎo)通時(shí)，整流二極管也同時(shí)導(dǎo)通。輸入電能通過整流二極管傳遞給負(fù)載，同時(shí)將部

30、分能量?jī)?chǔ)存在輸出回路（即高頻變壓器副邊回路）中的儲(chǔ)能電感中，故這種開關(guān)電源稱為單端正激型開關(guān)電源。當(dāng)功率晶體管截止時(shí)，電感中的儲(chǔ)能流經(jīng)負(fù)載并通過二極管續(xù)流釋放。單端式隔離變換器其線路簡(jiǎn)單這一優(yōu)點(diǎn)突出，所以被廣泛應(yīng)用于輸出為低、中級(jí)功率的變換器電路中。但它也有一些缺點(diǎn)，例如它的輸入電流是脈動(dòng)的，幅度由的占空比和的平均值決定的，所以，常需要用一種低通濾波輸入裝置來平滑這些電流脈動(dòng)。當(dāng)開關(guān)不導(dǎo)通時(shí)，其上的電壓等于源電壓加上從變壓器副邊折算到原邊的電壓。在許多場(chǎng)合，開關(guān)的開路電壓比倍源電壓還要高。同時(shí)，它的閉路峰值電流可大于倍的平均輸入電流。而且，這種單端變壓隔離電路存在一個(gè)磁復(fù)位的問題。基于這些原因

31、，目前這種單端變壓隔離電路的使用受開關(guān)器件的容量限制，一般輸出功率在瓦以下，不適合本次所設(shè)計(jì)的高頻大功率的技術(shù)要求。推挽式隔離型變換器一??；瓿多；、圖推挽式變換器電路武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文對(duì)于圖所示的推挽式變換器，和采用兩個(gè)幅值相等、脈寬可調(diào)、相位相差。的驅(qū)動(dòng)脈沖來驅(qū)動(dòng)，和交替導(dǎo)通，通過變壓器把能量傳輸?shù)截?fù)載端，由于其輸出回路和輸入回路不共地，所以可以利用變壓器的多個(gè)次級(jí)繞組實(shí)現(xiàn)多路輸出，主輸出可調(diào)節(jié)適應(yīng)輸入和負(fù)載的變化，且只要輸出電感工作在連續(xù)狀態(tài)，從輸出也同樣可以調(diào)節(jié)適應(yīng)輸入電壓的變化，對(duì)輸出可保持在約的穩(wěn)定范圍內(nèi)。正因?yàn)橥仆熳儞Q器具備這些優(yōu)點(diǎn)，其廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源領(lǐng)域，至今仍在應(yīng)用。但

32、是這種變換器在一般情況下運(yùn)行良好，當(dāng)輸出功率大幅增加時(shí)，會(huì)出現(xiàn)變壓器磁通不平衡，導(dǎo)致開關(guān)功率管燒壞的問題。雖然電源領(lǐng)域的技術(shù)工作者采取了一系列措施來解決這一問題，如在磁心加氣隙、增加初級(jí)繞組電阻、匹配功率開關(guān)管、使用電流模式拓?fù)涞?，但是從成本和元件?shù)量的角度來看，這些方法或多或少的存在一些缺點(diǎn)。另外，除了磁通不平衡的問題外，推挽變換器的輸出功率也會(huì)受到一些限制。由于變壓器漏感的緣故，在任一開關(guān)管關(guān)斷的瞬間，其兩端承受的電壓應(yīng)力至少有兩倍的直流電源電壓，因此在選擇開關(guān)功率管時(shí)，考慮一定程度的安全裕量的前提下，一般應(yīng)選擇能夠承受約倍的直流電源電壓的開關(guān)管，再加上相應(yīng)的初級(jí)電流有效值的限制，使得開關(guān)

33、管的選擇很難同時(shí)滿足幅值電流和電壓應(yīng)力的要求，而且具有足夠高電壓和電流定額且具有足夠低導(dǎo)通壓降的高速開關(guān)管成本太高，因此，受到上述等等條件的限制，推挽變換器的最大功率約為，不適合本次所設(shè)計(jì)的高頻大功率的技術(shù)要求。半橋式隔離型變換器”圖半橋式變換器電路對(duì)于圖所示的半橋式變換電路中，和交替地導(dǎo)通，當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，關(guān)斷，然后反之，其工作過程和推挽式變換器相似。在半橋變換器中，任何一個(gè)斷開的開關(guān)管其兩端的電壓等于源電壓一。而流過任何一個(gè)導(dǎo)通的開關(guān)的峰值電流是平均源電流（與圖和圖同等功率輸出相比）的兩倍。因?yàn)殚_關(guān)管的穩(wěn)態(tài)關(guān)斷電壓比圖的減少一半，所以這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較廣泛應(yīng)用于直接電網(wǎng)的離線式變換器。在半橋式的電路

34、中，對(duì)開關(guān)器件的耐壓等級(jí)要求不是很高，但對(duì)開關(guān)器件的電流等級(jí)要求較高，也有磁復(fù)位問題”。因此，對(duì)于小功率（以下）使用比較多。全橋式隔離型變換器”圖全橋式變換器電路圖所示的全橋式電路中，斜對(duì)角的兩個(gè)開關(guān)管（和或者和）同時(shí)導(dǎo)通，兩組開關(guān)管交替導(dǎo)通半個(gè)周期，若忽略開關(guān)管的導(dǎo)通壓降，則施加在變壓器的初級(jí)電壓幅值為的方波電壓，而非半橋變換器中的，但其開關(guān)管承受的關(guān)斷電壓卻與半橋變換器相同，都等于最大直流輸入電壓，且流過開關(guān)管的峰值電流均等于平均源電流。因?yàn)槿珮蚴礁綦x變換器開關(guān)管承受最小的開關(guān)電壓和最小的電流強(qiáng)度，開關(guān)器件的安全工作區(qū)最大，所以這種方案常用在大功率的變換器中。在本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中就采用全橋

35、變換器，下面將著重介紹。全橋隔離型變換器的穩(wěn)態(tài)分析一般情況下，變換器都需要變壓器進(jìn)行隔離，即所謂的離線開關(guān)變換器。如上一節(jié)所述，變壓隔離器有單端式、推挽式、半橋式和全橋式四種。在高輸出電壓又要提高輸出功率時(shí)，就適合使用全橋式電路。當(dāng)開關(guān)在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，功率管所承受的電壓將減少，而且，內(nèi)在電路寄生元件引起的附加峰值電壓經(jīng)合理布線設(shè)計(jì)也可以忽略。全橋直流變換器由全橋逆變器、高頻變壓器和輸出整流濾波電路組成，也屬于直流一交流一直流變換器。基本的全橋變換電路根據(jù)供電方式的不同（輸入端所連接的儲(chǔ)能元件可以是電容或電感），又分為電壓型和電流型兩大類。其中電壓型全橋變換器應(yīng)用更為廣泛。簡(jiǎn)單的實(shí)際應(yīng)用電路圖如圖

36、所示。制驊圖全橋變換器主電路簡(jiǎn)圖如圖所示全橋變換電路，當(dāng)其采用工作方式時(shí)，輸入直流電壓分別施加在四個(gè)開關(guān)管（、和）和四個(gè)二極管（、，、，和）構(gòu)成的兩個(gè)橋臂上，只有當(dāng)對(duì)角線上的兩只開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，即和幺或則和同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，功率才能通過變壓器傳送到負(fù)載側(cè)。若考慮所有元器件為理想情況下，通過控制四只開關(guān)管的通斷順序及通斷時(shí)間，在變壓器的原邊將得到按某一占空比變化的正負(fù)半周對(duì)稱的交流方波電壓。（如圖所示）。如果變壓器的變比為，則變壓器次邊將產(chǎn)生幅值為。的交流方波電壓，經(jīng)過二極管、組成的全波整流電路和電感三。、電容組成的低通濾波電路最終就可得到所要求的平滑直流輸出電壓，其電壓值為（），通過調(diào)節(jié)占空比來調(diào)

37、整輸出電壓圪。開頻率，基橛驅(qū)動(dòng)，掣臻鋤動(dòng)韌霸電壓圖全橋變換器的工作波形相對(duì)半橋變換器而言，在開關(guān)管承受相同的峰值電流和電壓的條件下，全橋變換器輸出功率是半橋變換器的兩倍，當(dāng)然，由于全橋變換器的變壓器初級(jí)承受相當(dāng)于半橋變換器的變壓器初級(jí)兩倍的輸入電壓，所以其初級(jí)繞組的匝數(shù)只有半橋的一半。但當(dāng)輸出功率和輸入直流電壓相同時(shí)，全橋變換器的初級(jí)電流峰值和有效值只有半橋變換器的一半。全橋變換電路拓?fù)涫悄壳皣?guó)內(nèi)外多管變換電路中最常用的電路拓?fù)渲?，在中大功率?yīng)用場(chǎng)合更是首選拓?fù)?，這主要是考慮它具有功率開關(guān)器件電壓、電流額定值較小，功率變壓器利用率較高等明顯優(yōu)點(diǎn)。高頻開關(guān)變換器的控制策略開關(guān)電源的控制方式基本

38、上都采用時(shí)間比率控制（汜）方式，即給開關(guān)管提供時(shí)間、比率可調(diào)的驅(qū)動(dòng)脈沖，以達(dá)到穩(wěn)定的輸出電壓的目的。這種方式又大致分為三大類：脈沖寬度調(diào)制、脈沖頻率調(diào)制、脈沖寬度頻率調(diào)制【”。、脈沖寬度調(diào)制（簡(jiǎn)稱）方式。其基本工作原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變化的情況下，控制電路通過被控信號(hào)（即輸出電壓反饋信號(hào)）與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行比較，形成閉環(huán)反饋來調(diào)節(jié)主電路開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，即導(dǎo)通脈沖的寬度，進(jìn)而達(dá)到輸出穩(wěn)定的預(yù)期電壓的目的。反饋控制模式主要有五種：電壓模式控制；峰值電流模式控制；平均電流模式控制；滯環(huán)電流模式控制；相加模式控制武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文。、脈沖頻率調(diào)（即）方式，相對(duì)控制而言，控制

39、方式下開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間乙一定，通過改變其截至?xí)r間，改變脈沖的頻率從而改變脈沖占空比來控制輸出電壓穩(wěn)定的。、混合調(diào)制方式，即前二者兼而有之的方式，既控制脈沖寬度，又改變脈沖頻率，用綜合技術(shù)來改變脈沖占空比和脈沖周期來控制輸出電壓的穩(wěn)定。兼有和的優(yōu)點(diǎn)，但目前市場(chǎng)上沒有具有功能的單片集成芯片出售從而限制它的應(yīng)用。目前，以脈沖調(diào)制應(yīng)用最多，在本設(shè)計(jì)中就是采用控制方式。常用的脈寬調(diào)制（）器原理如圖所示?；鶞?zhǔn)電壓（）和采樣反饋信號(hào)通過誤差放大器比較放大后，輸出的差值信號(hào)和鋸齒波（或三角波）比較，從而改變輸出脈沖的寬度，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。有些控制器僅有一個(gè)輸出端，而多數(shù)控制器都設(shè)有用觸發(fā)器和“與”門電路組成的相位

40、分離器，用它來將單一脈沖變換為交替變化的二路脈沖輸出，用于供驅(qū)動(dòng)推挽和橋式變換器中的功率開關(guān)管，此時(shí)變換器的工作頻率等于控制器內(nèi)部鋸齒波振蕩器振蕩頻率的一半。當(dāng)然也可將控制器的兩路輸出并聯(lián)起來去驅(qū)動(dòng)單端變換器或串聯(lián)調(diào)整型開關(guān)穩(wěn)壓電源中的功率開關(guān)管，此時(shí)開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率就等于控制器內(nèi)部鋸齒波振蕩器的頻率。廠一廠圖脈寬調(diào)制器的基本原理圖亂一武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第章矩陣式高頻變換器的設(shè)計(jì)。變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過上一章的介紹，我們知道隔離型的變換器主要有單端反激變換器、單端正激變換器、推挽式變換器、半橋式變換器、全橋式變換器，其中全橋式隔離變換器開關(guān)管承受最小的開關(guān)電壓和最小的開關(guān)電流，根據(jù)產(chǎn)品

41、實(shí)際，本文所設(shè)計(jì)的技術(shù)要求：輸出功率，輸出電壓達(dá)，輸出電流達(dá)。我們選用全橋隔離式變換器。全橋隔離式變換器的主要優(yōu)點(diǎn)：、主變壓器只需要一個(gè)原邊繞組，通過正、反向的電壓得到正、反向磁通，副邊繞組采用全橋全波整流輸出。因此，變壓器鐵芯和繞組最佳利用，使效率、功率密度得到提高。、功率開關(guān)在非常安全的情況下運(yùn)作。在一般情況下，最大的反向電壓不會(huì)超過電源電壓，四個(gè)能量恢復(fù)（再生）二極管能消除一部分由漏感產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓。這樣，無需設(shè)置能量恢復(fù)繞組，反激能量便得到恢復(fù)利用。缺點(diǎn)有：、需要功率元件較多，在導(dǎo)通回路上，至少有兩個(gè)管壓降，因此功率損耗也比雙晶體管推挽式變換器大一倍。但是在高壓離線開關(guān)系統(tǒng)中，這些損耗

42、還是可以接受的。另外，能量恢復(fù)（再生）方式，由于四個(gè)二極管，因此，損耗略有增加。、值得注意的是，全橋變換器易發(fā)生橋臂直流短路及變壓器原邊偏磁飽和，其可靠性難以保證。但是，這種缺點(diǎn)我們將采取一定的措施進(jìn)行避免。矩陣式高頻變壓器的設(shè)計(jì)矩陣平板變壓器的概述在開關(guān)電源領(lǐng)域內(nèi)，變壓器技術(shù)的研究一直是科學(xué)工作者追逐的熱點(diǎn)、難武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文點(diǎn)。雖然在電源領(lǐng)域引入了高頻變換技術(shù)以后，可以甩掉體積龐大的工頻變壓器，但還是需要使用鐵氧體磁芯的高頻變壓器，這種變壓器雖然體積相對(duì)工頻變壓器小了很多，但仍然很大，離所理想的效果相差甚遠(yuǎn)。另外，高頻化的結(jié)果，功率轉(zhuǎn)換的效率差，電磁干擾的問題也隨之而來；在大電流輸

43、出的情況下，輸出整流二極管的體積經(jīng)常太大而必須采用多個(gè)小定額的二極管并聯(lián)使用，其可靠度大大降低，等等這些問題是我們?cè)谠O(shè)計(jì)中必須面對(duì)的。針對(duì)設(shè)計(jì)要求，本論文提出了一種結(jié)構(gòu)性改變的變壓器矩陣平板變壓器【姍，這種變壓器完全改變了傳統(tǒng)變壓器的結(jié)構(gòu)，外形方正，方便安裝而且可以節(jié)省模塊機(jī)箱內(nèi)的空間。之所以稱之為矩陣平板變壓器，是因?yàn)樵趯?shí)際設(shè)計(jì)及應(yīng)用中，采用磁環(huán)作為磁芯元件，每個(gè)磁環(huán)為一個(gè)變壓器單元，當(dāng)然，一個(gè)小磁環(huán)所能儲(chǔ)存的能量是有限的，要實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)所需要的功率容量，必須采用多個(gè)磁環(huán)，即由個(gè)變壓器單元組合在一起，形成一個(gè)矩陣式排列的變壓器，把它進(jìn)行工藝加工就可以做成扁平狀的矩陣平板變壓器。除了結(jié)構(gòu)上的改變

44、外，矩陣平板變壓器和傳統(tǒng)的變壓器比較，有很多優(yōu)點(diǎn)：（）矩陣平板變壓器原邊繞組一般只有一匝或者幾匝，副邊繞組則只有一匝，原、副邊繞組耦合緊密，因此漏感很小，應(yīng)用在高頻開關(guān)電源模塊中不僅損耗小，而且能夠降低電路中其它元器件的承受的應(yīng)力。（）由于矩陣平板變壓器一般副邊繞組有多個(gè)并聯(lián)的繞組線圈，每一個(gè)并聯(lián)的繞組都和同一個(gè)原邊繞組耦合，所以，在忽略勵(lì)磁電流的條件下，副邊繞組電流產(chǎn)生的安匝數(shù)和原邊繞組產(chǎn)生的安匝數(shù)相等，繞組電流分配均等，在并聯(lián)整流電路中不需要外加均流電阻或其它元件。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分流，讓二極管的負(fù)擔(dān)降低，適合于大電流輸出。（）矩陣平板變壓器可以采用金屬外殼封裝，這樣就能直接緊貼固定在底板上，而且

45、它有相對(duì)小的體積但是較大的表面積，所以散熱性能好。這種變壓器由很多個(gè)小的單元組成，所以也不存在變壓器局部過熱的問題。（）因?yàn)榫仃嚻桨遄儔浩髂軌蚋纳粕釂栴}，采用的磁元件比較小，能夠和其它元件緊密連接在一起，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高功率密度。（）矩陣平板變壓器原邊繞組和副邊繞組的匝間傳導(dǎo)損耗很小，由于其漏感小，功率器件的損耗也減小，使它能夠達(dá)到很高的效率。（）整個(gè)矩陣平板變壓器采用比較常見的廉價(jià)器件組成，組裝方便，和其它部件武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文的連接緊密，連接應(yīng)力減少。加上漏感比較小，其它功率器件的應(yīng)力降低，可以選用低定額的器件，因此成本降低。除此之外，矩陣平板變壓器還有絕緣強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。由上述特點(diǎn)可以看出，矩陣平板變壓器正好適合在本設(shè)計(jì)要求的大功率、高效率、低壓大電流高頻開關(guān)充電電源中應(yīng)用。矩陣平板變壓器的組成和工作原理變壓器是變換交流電壓、電流以及傳遞能量的器件，一般由磁芯和兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈組成。如圖所示，為一個(gè)簡(jiǎn)單的變壓器單元，其初級(jí)和次級(jí)側(cè)都只有一圈繞組，分別紅線和藍(lán)