华中科技大学硕士学位论文高效率双管正激变换器的研究姓名：吴琼申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：熊蕊20070210摘要高功率密度、高可靠性和高稳定性是现代电力电子功率变换器不断追求的目标。

双管正激变换器作为一种主要的电力电子功率变换器，由于其开关电压应力低，具有内在抗桥臂直通的能力可靠性高等优点，使得它在通信电源、焊接电源、计算机电源等很多领域都得到了广泛的应用。

本文旨在不增加原主电路和控制电路复杂性的基础上，从变压器原边主开关管驱动方式和副边整流电路两个方面，对传统双管正激电路做出改进，提高电路的效率。

文章对改进后电路的工作过程及具体应用时遇到的问题做出了分析，给出了解决方案。

与传统电路相比，改进后的电路控制电路得到了简化，两个主开关管中的一个能够工作在零电流开通和零电流关断状态，同步整流电路克服了死区和轻载环路电流的影响，电路的整体性能得到了提高。

实验过程中利用峰值电流型PWM控制芯片UC2845，制作了一台15V/300W的样机，实验证明样机工作稳定，各种保护功能完备，改进后的双管正激电路较传统电路效率提高3～4个百分点，整机满载效率最高可达88％。

关键字：双管正激电压自驱动同步整流门极电荷保持环路电流AbstractHigh power density as well as high reliability has always been the goal to pursue in the field of modern electric power converters. As one kind of the modern electric power converters, two transistor forward converter has many attractive characteristics, such as low switch voltage stress, inherent anti-break-through capability, and high reliability. It becomes one of the most widely used topology in the industrial application, especially in the telecommunication energy systems, welding machines and computer power supply.Based on driven approach of main power switch in the primary side of the transformer and rectifier circuit, this paper aims at not increasing the complexity of the main circuit and control circuit of origin, to improve the traditional two transistor forward converter and enhance the efficiency of circuit. The paper made analysis of the process of improved circuit and the specific problems encountered by the application and gave the solutions of the pared with the traditional circuit, the control circuit of the improved converter has been modified to streamline, one of the two main switches can work in a ZCS state, synchronous rectifier circuit can overcome the dead zone and light load loop current, and the circuit's overall performance has been enhanced.Using the current mode PWM controller, a 15V/300W power system was developed during the experiment by the author. The experiment proved stable jobs of the system and simplifying control circuit (similar with the Forward circuit).The circuit improved 3-4 percentage points more efficient than traditional circuit, with the maximum efficiency of 88% of full load.Keywords: t wo transistor forward converter self voltage drivensynchronous rectification gate charge retentioncirculating current独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

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学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日1 概论1.1 开关电源的发展电源是各种电路的动力源泉，是电子设备所不可缺少的重要组成部分，通常被誉为“电路的心脏”。

随着计算机的普及和航空航天技术、数据交换系统和邮电交通事业的迅猛发展，电源装置的需求量日益增长，而且对其性能、重量、体积、效率和可靠性提出了更高的要求。

按电力电子的习惯称谓，AC-DC称为整流（包括整流及离线式变换），DC-AC称为逆变，AC-AC称为交流－交流直接变频（同时也变压），DC-DC称为直流－直流变换。

为达到转换目的，手段是多样的[1]。

20世纪60年代前，研发了半导体器件，并以此器件为主实现这些转换。

电力电子学科从此形成并有了近30年的发展。

传统的电源，多采用变压器的降压、整流、稳压获得，这种线性电源的不足之处是对变压器输入的电源波动的适应性较差，输入电压高时稳压电路功耗大，发热严重；输入电压低时，又无法输出稳定的直流电压。

开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势逐渐取代了效率低、体积大、笨重的线性电源[2]。

广义的说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成为另一形态的主电路都叫做开关变换器,转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称为开关电源（Switching Power Supply）;习惯上我们所说的开关电源主要指的是DC-DC变换器。

DC/DC变换技术一直是开关电源技术的重点，是开关电源的基本单元，也是开关电源技术发展的基础，其他各种形式的变换电路都是DC/DC变换电路的演变出来的。

DC/DC变换技术的发展伴随着开关电源技术发展，也是发展最快的电源变换技术之一。

所以， DC/DC变换器的研究对电力电子技术的发展具有重要意义。

1.2 高效率与高功率密度如何提高电能的利用率一直是电力电子领域最为重要的研究方向，而且必将成为未来该领域研究热点，并在某种程度上决定电力电子技术未来的兴衰命运。

开关电源的基本要求是高稳定和小型化。

开关电源的特点是轻、小、高效。

达到高效率时，才能使开关电源有高功率密度。

高效率的达到是依赖综合的因素。

但最关键的还是透彻掌握开关电源的基本理论，精心的设计，借助优化和仿真手段。

所谓功率密度就是指单位体积里的功率，一般电源里用W/cm3表示。

据资料报告，AC-DC开关电源功率密度普遍为1～2 W/cm3，DC-DC目前最高的为VICTOR开关电源，它的功率密度为6.1 W/cm3。

美国UNITRODE公司POWER CUBE工厂生产的DC-DC开关电源模块，输入电压300V，输出电压5V、12V、48V，功率300W，效率90％，开关频率350kHz，模块功率密度3.3 W/cm3，寿命70万小时，个别的品种功率密度更高达5 W/cm3，寿命长达100万小时。

据记载，美国VPEC曾达到的功率密度为300W/5V用多层印制电路变压器（厚1.14cm）的有源箝位变换器，以及50W 正激多谐变换器，均达到3.05 W/cm3。

对于开关电源及其控制还应该注意电应力（包括电流、电压等）分析和热设计。

电应力可采用多种过压保护措施解决。

热设计是可靠性设计的重要部分。

热分析表明，电路内部温度越低，可靠性越高。

例如，开关电源中的电解电容将在温升影响下逐渐失效，环境温度、机箱内温度越高，失效越快。

有数据表明，电子元件温度每升高2℃，可靠性下降10％。

[3]1.3 单管正激变换器在各种离线式DC/DC变换器中,正激变换器由于具有电路结构简单、成本较低、输出电流大、工作可靠性高等优点而广泛应用于中小功率变换场合，更成为低压大电流功率变换器的首选拓扑结构。

在正激变换器中，由于变压器的磁芯是单方向磁化的，每个周期都需要采用相应的措施，使磁芯回到磁化曲线的起点，否则的话磁芯磁会很快饱和而导致的开关器件损坏，因此需要采用专门的复位电路，使变压器的磁芯磁复位。

[4]目前，通常采用的磁复位方法主要有以下几种：1.3.1 辅助绕组复位正激变换器V O图1-1 单管辅助绕组复位正激变换器图1-1所示的单端正激变换器的隔离变压器有三个绕组：一次绕组N 1、二次绕组N 2和去磁绕组N 3。

在T ON 时间内，Q 导通，D 2导通，D 1、D 3截止，电源向负载传递能量，此时，磁通增量为I 1ON I 1S (V /N )T (V /N )DT ΔΦ=⋅=⋅，输出电压为V O =V I N 2/N 1。