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基于半桥谐振带APFC的通信整流器的设计与研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-24  浏览次数:749
核心提示:  【摘要】: 通信事业的迅猛发展不仅提高了人们的生活水平,也给通信系统的供电设备提出了更为严格的要求。高效率、高功率密度
   【摘要】: 通信事业的迅猛发展不仅提高了人们的生活水平,也给通信系统的供电设备提出了更为严格的要求。高效率、高功率密度、高功率因数和高可靠性的新型通信整流器成为通信供电方面研究的重点。相比传统线性整流器,高频开关整流器具有诸多优点而在现今的通信整流器领域得到广泛应用。但传统的硬开关PWM整流器由于其开关器件工作在高电压大电流条件下,损耗很大,在高频环境下效率较低,使得通信整流器的整体性能受到制约。而软开关技术的实现解决了传统硬开关所带来的不利因素,大大提高了整流器的效率,因此成为新型整流器设计所必须考虑的关键技术之一。另一方面,电力电子设备的大量使用也引起了不可忽视的谐波污染和干扰等,给整流器的功率因数带来不利的影响,功率因数校正(PFC)技术也成为新型整流器设计的研究热点之一。 本文以研究一款新型的通信整流器为宗旨,以整流器设计中需考虑的直流变换电路、功率因数校正电路、滤波和电磁兼容等为研究对象,详尽分析了直流变换器的软开关拓扑和功率因数校正实现条件,并给出一个双级电路结构的整流器设计方案:选取LLC谐振电路作为直流变换器的拓扑,分析了LLC谐振软开关的实现过程和稳态特性,并在此基础上选用合适控制器芯片,给出变换器各元件参数的设计;选取基于专用功率因数校正芯片的升压有源功率因数校正电路,分析了电路的工作过程,并同时给出电路关键参数的计算。在双级电路结构的基础上为改善电磁兼容性和提高电能转换效率,又进行了针对性的改进设计,最后制作出一款500W通信整流器样机,并对其进行综合测试。从测试数据结果可以看出,本文设计的这款新型整流器在很宽的输入负载范围内都能够保持较高的效率和功率因数,满足相关要求,具有广阔的应用前景。

  【关键词】:通信整流器 软开关 LLC谐振 有源功率因数校正 双级电路结构

  【学位授予单位】:上海交通大学

  【学位级别】:硕士

  【学位授予年份】:2009

  【分类号】:TM461

  【目录】: 摘要5-7

  ABSTRACT7-12

  第一章 绪论12-18

  1.1 课题背景的提出12-13

  1.2 通信整流器发展现状及前景13-16

  1.2.1 通信整流器的发展现状和热点技术13-15

  1.2.2 通信整流器的发展趋势15-16

  1.3 本文主要研究内容及工作16-18

  第二章 通信整流器的总体设计18-31

  2.1 总体设计电路结构18

  2.2 DC/DC 变换器设计方案18-27

  2.2.1 DC/DC 变换器控制方式18-19

  2.2.2 DC/DC 变换器拓扑结构综述19-20

  2.2.3 传统DC/DC 变换器的缺点及软开关技术的提出20

  2.2.4 软开关谐振式DC/DC 变换器20-26

  2.2.5 半桥谐振变换器拓扑选取26-27

  2.3 PFC 电路设计方案27-30

  2.3.1 APFC 拓扑结构27-30

  2.3.2 APFC 控制方式选择30

  2.4 整流器技术指标30-31

  第三章 半桥谐振DC/DC 变换器的设计31-59

  3.1 半桥LLC 谐振变换器的工作原理31-38

  3.1.1 f_m < f ≤f s 时谐振工作状态分析31-34

  3.1.2 f >f s 时谐振工作状态分析34-38

  3.2 LLC 谐振变换器控制电路设计38-48

  3.2.1 半桥LLC 谐振控制器驱动控制方案38

  3.2.2 谐振控制器L659838-42

  3.2.3 功率开关管的选取42

  3.2.4 谐振控制和驱动电路参数设计42-47

  3.2.5 LLC 谐振网络设计47-48

  3.3 功率变压器的设计48-54

  3.3.1 变压器的磁芯材料和结构48-50

  3.3.2 功率变压器磁芯选取50-51

  3.3.3 功率变压器参数设计51-53

  3.3.4 变压器绕组绕制方法53-54

  3.4 输出滤波回路设计54-57

  3.4.1 整流二极管选择54-55

  3.4.2 RC 吸收回路55

  3.4.3 滤波电感参数设计55

  3.4.4 输出反馈回路设计55-57

  3.5 保护电路设计57-59

  第四章 整流PFC 电路设计59-74

  4.1 有源Boost PFC 电路工作原理59-63

  4.1.1 Boost APFC 电路的控制方式59-60

  4.1.2 Boost APFC 电路工作模式分析60-62

  4.1.3 CCM 模式下的电流分析62-63

  4.2 PFC 变换电路设计63-71

  4.2.1 功率因数校正器L498163-65

  4.2.2 控制电路参数设计65-67

  4.2.3 乘法器电路设计67-69

  4.2.4 功率开关切换频率69

  4.2.5 过压保护电路69-70

  4.2.6 PFC 电感参数设计70-71

  4.2.7 输出电容设计71

  4.3 APFC 实际设计电路图71-72

  4.4 EMI 滤波电路设计72-74

  第五章 样机性能测试与分析74-79

  5.1 功率因数测试结果74-75

  5.2 LLC 谐振电路测试75-77

  5.3 整流器总体指标测试77-79

  第六章 结论79-80

  参考文献80-82

  附录82-84

  致谢84-85

  攻读硕士期间已发表或录用的论文85-86

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