【摘 要】
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Buck变换器应用广泛,比如可以为音圈电机、直流电机以及电子设备等提供直流供电电源。更高效率和更小体积的Buck直流调压电源一直是研究的热点。因此,本文对Buck变换器进行研
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Buck变换器应用广泛,比如可以为音圈电机、直流电机以及电子设备等提供直流供电电源。更高效率和更小体积的Buck直流调压电源一直是研究的热点。因此,本文对Buck变换器进行研究,以提高供电电源的可靠性和效率,并通过优化设计来减小Buck变换器的体积和重量,具有重要的应用价值和实用意义。论文在研究大量软开关变换器拓扑结构的基础上,通过改进和优化以及采用耦合电感替代滤波电感的方式,提出了一种基于耦合电感的软开关Buck变换器。对改进型Buck变换器工作过程的各个模态进行了详细的理论分析和公式推导,并给出了主要器件在单个周期内的电压和电流理想波形,以及对开关管和续流二极管实现软开关的控制方法分别进行了讨论。同时对耦合电感进行了数学建模分析,并从磁芯材料和磁芯形状两个方面分别进行了讨论和优化。详细分析了耦合电感匝数比的改变对改进型Buck变换器各开关器件的电压和电流应力以及其性能的影响。根据需要制作了不同匝数比的耦合电感,并分别采用直接测量法和等效电路法对耦合电感的自感和互感进行了测量。耦合电感和谐振电容需选择合适的参数,才能使改进型Buck变换器各开关器件工作在软开关状态下。本文对耦合电感和谐振电容参数值大小的选择进行了讨论分析,并给出了改进型Buck变换器的输入和输出电压、开关周期等参数值。对改进型Buck变换器搭建了仿真模型,并进行了详细的仿真研究。仿真波形表明改进型Buck变换器各开关器件在耦合电感不同匝数比下均实现了软开关技术,并且各开关器件和耦合电感的电压和电流应力均不大。对改进型Buck变换器各开关器件的功率损耗也进行仿真分析,结果表明各开关器件的功率损耗与耦合电感的匝数比成反比。试制了一台48V输入、32V输出,开关频率为50kHz的基于耦合电感软开关Buck变换器样机,并根据实验室的条件搭建了实验硬件平台。实验结果与理论和仿真分析相一致,验证了改进型Buck变换器原理和设计的正确性及控制方法的有效性,实验结果表明改进型Buck变换器工作在断续导电模式下,其效率随耦合电感匝数比的增加而升高。最后对本论文的研究内容进行总结,并指出存在的不足以及还值得以后继续扩展研究的方向。
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