3k串联谐振软开关推挽变换器的设计与仿真

论文总字数：26315字

摘 要

本文设计了3kW功率下具有串联谐振软开关的推挽变换电路，并对该电路进行了仿真和分析。

比较了DC-DC升压变换电路的不同拓扑结构的优劣，并对串联谐振推挽变换电路进行了基本的工作状态分析，对电路器件进行了计算和选型，实现了PLECS上的仿真，分析了原边漏感对电路的影响，原边漏感除了会影响寄生电容的充放电过程之外还会对影响谐振频率，造成谐振频率的下降，此外寄生电容的大小影响着死区时间的大小，不合理的寄生电容会造成零电压开通条件无法满足。

此外，分析了推挽电路调压的控制方式，并对于控制芯片SG3525进行了介绍和建模，实现了调节占空比功能、软启动功能、过流保护功能的仿真和分析。设计了实际产品中会使用的高频变压器，对变压器材料和磁芯型号进行了计算选型，确定了原副边的匝数比。

最后，综合分析了双变压器输入并联输出串联的情况，并对其进行了仿真，验证了IPOS情况下变压器的损耗有所降低。此外还讨论了负载参数变化时电路的动态过程和谐振参数变化对于电路带来的不利影响。

关键词：推挽电路；串联谐振；软开关；高频变压器；输入并联输出串联；

Abstract

In this thesis, a push-pull conversion circuit with series resonant soft switch at 3kW power is designed, and the circuit is simulated and analyzed.

It compared the advantages and disadvantages of different topologies of DC-DC boost converter circui, and analyzed the basic working state analysis of the series resonant push-pull converter. The circuit device is calculated and selected, and the simulation on PLECS is realized, and the influence of the primary leakage inductance on the circuit is analyzed. In addition to affecting the charging and discharging process of the parasitic capacitance, the primary leakage inductance will affect the resonant frequency and cause the resonance frequency to decrease. Besides, the size of the parasitic capacitance affects the dead time. The inappropriate parasitic capacitance size will cause the zero voltage turn-on condition to be unsatisfactory.

It also compare the control methods of voltage regulation of push-pull circuit, introduce and model the control chip SG3525, and realize the simulation and analysis of duty cycle function, soft start function and over-current protection function. The high-frequency transformer that will be used in the actual product is designed. Then it calculate and select the transformer material and the core model, and select the turns ratio of the primary and secondary side.

Finally, the case of the parallel connection of the input and output of the dual-transformer is analyzed and simulated, and the loss of the transformer is reduced under the condition of IPOS. In addition, the adverse effects of the dynamic process of the circuit and the variation of the resonant parameters on the circuit when the load parameters change are also discussed.

KEY WORDS: Push-pull circuit; series resonance; soft switch; high-frequency transformer; input parallel output series;

东 南 大 学 毕 业 （设 计）论 文 独 创 性 声 明

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论文作者签名： 日期： 年 月 日

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论文作者签名： 导师签名：

日期： 年 月 日 日期： 年 月 日

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1. 软开关DC-DC变换电路的背景和意义 1

1.1.1. DC-DC变换电路的背景 1

1.1.2. 软开关在DC-DC电路中的意义 1

1.2. DC-DC电路拓扑结构 2

1.2.1. 反激式 2

1.2.2. 正激式 3

1.2.3. 推挽式 3

1.2.4. 全桥式 4

1.2.5. 半桥式 4

1.3. 软开关推挽电路国内外研究现状 5

1.4. 本文的研究内容 5

第二章 单变压器的串联谐振推挽电路 7

2.1. 串联谐振推挽电路工作原理 7

2.1.1. 基本推挽变换电路 7

2.1.2. 串联谐振推挽电路 7

2.2. 串联谐振推挽变换电路的参数设计 12

2.2.1. 设计参数要求 12

2.2.2. 主电路设计 12

2.3. 串联谐振推挽变换电路仿真 13

2.3.1. 仿真及分析 13

2.3.2. 不同寄生电容对死区时间的影响 15

2.3.3. 原边漏感的影响 16

2.4. 小结 17

第三章 推挽变换电路控制仿真 18

3.1. 控制方式简介 18

3.1.1. 开环 18

3.1.2. 闭环 18

3.1.3. 浅闭环 18

3.2. SG3525简介 18

3.3. SG3525的功能仿真 19

3.3.1. 软启动功能 20

3.3.2. 调节占空比功能 22

3.3.3. 逐波过流保护功能 26

3.4. 小结 27

第四章 串联谐振推挽变换电路的变压器设计 29

4.1. 高频变压器设计要求 29

4.1.1. 变压器基本要求 29

4.1.2. 变压器磁芯材料要求 29

4.2. 高频变压器设计过程 29

4.2.1. 设计参数要求 30

4.2.2. 基本参数确定 30

4.2.3. A_P法选择磁芯 30

4.2.4. 一、二次侧绕组匝数计算 31

4.3. 小结 32

第五章 串联谐振推挽电路综合仿真 33

5.1. IPOS工作原理 33

5.2. IPOS仿真分析 34

5.3. 电路参数变化的影响 35

5.3.1. 负载值变化 35

5.3.2. 谐振参数变化 37

5.4. 小结 41

第六章 总结与展望 43

6.1. 总结 43

6.2. 展望 43

参考文献 44

致谢 45

绪论

软开关DC-DC变换电路的背景和意义

DC-DC变换电路的背景

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