高功率密度DC-﹢DC模块电源设计与分析

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1、第42卷第1期2012年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．1Jan．2012高功率密度DC—DC模块电源设计与分析董晖，孟颖悟，付金泉(中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710068)摘要：通过对有源箝位单端正激变换器、平板变压器、热设计以及结构设计的分析与计算，详细介绍了高功率密度Dc．DC模块的设计方案，并在此基础上成功研制了一款100WDC．DC电源模块，其功率密度高迭3．4W／cm3。采用本方案有效解决了当前DC．DC电源模块小型化的关键问题。关键词：有源箝位；热设计；平板变压器；DC．DC电源模块；功率密度中图分类号

2、：TI)303．3文献标识码：A文章编号：1671．654X(2012)01．0126．03DesignandAnalysisofHighPowerDensityDC-DCPowerModuleDONGHui，MENGYing—WH，FUJin-quan(X／’anAeronauticsComputingTechniqueResearchInstitute，AVIC，Xi’an710068，China)Abstract：ThisessayintroducestheprojecttodesignhighpowerdensityDC·-DCpowermodulebyanaly-·zingandc

3、alculatingthetechniqueofactiveclampforwardfedbak—flybackconvert，techniqueofplanartransformer，thermaldesignandstructuredesign．Itinvents100WDC-DCpowermodulewithpowerden-sity3．4W／cm3basedontheproject．TheprojectsolvesthekeytechnicalproblemaboutDC·DCpowermoduleminimizesize．Keywords：activeclamp—reset；the

4、rmaldesign；planartransformer；DC—DC；powerdensity引言随着微电子技术的进一步发展，要求DC．DC模块必须具有高效率和高功率密度，以节省电子产品(设备)的空间、降低功耗和温升。采用传统的开关电源设计方法，从根本上解决不了高频化与高效率、高功率密度与热设计等技术瓶颈。必须采用高频开关电源设计技术、新材料和新工艺，设计和制造高性能的DC．DC模块电源。本文结合DC．DC模块电源研究项目，对48V输入5V／20A输出DC．DC模块进行了设计，分析与设计结果用于100W输出高功率密度DC—DC模块研制中，获得满意的效果。1．1有源箝影复位有源箝位技术是一种利

5、用有源器件与变压器初级绕组并联，在该状态变压器磁芯被复位。波形图和等效电路如图1所示。在主开关关断时，初级电流正向流过箝位开关体二极管。在箝位开关完全导通时，电流方向如图l箭头所示方向流动，箝位电容电压被施加在变压器初级，主开关被箝位在电压VCL，见(1)式‘21。跨K。。％U％琵1有源箝位电路分析与设计谗”有源箝位正向变换器一个周期可划分为四个阶¨。段，即：功率转换、主开关关断沿谐振、有源箝位、主开≯”关零电压(ZVS)谐振⋯。功率转换与通常的单端正向变换器工作过程相同，只对有源箝位和零电压过程进行分析。圳《II／lt2tlt4图l有源箝位复位电路模型及波形图收稿日期：2011—07—08

6、修订日期：201l—12一14基金项目：“十一五”国防预研基金项目资助(51316070302)作者简介：董晖(1976一)，男，安徽天长人，工程师，主要研究方向为高频开关电源及相关技术的应用。2012年1月董晖等：高功率密度DC—DC模块电源设计与分析·127·％2【高J׉(1)1．2零电压开关谐振状态在零电压开关谐振状态，Q。删已在零电压条件下关断并且当初级电流转向主开关QM，Ⅳ的体二极管D蝴，。时，初级电流保持连续状态。这个反方向电流由磁化电流波形维持，该电流显示在它的最大负峰值处。谐振状态的等效电路如图2所示。／fk八totIt2屯t4图2有源箝位电路模型及波形图在这个状态，Q川。

7、已在零电压条件下关断。变压器漏感与主开关管的结电容谐振，使主开关电容谐振放电。当放电电流达到最大负峰值时，电流转向主开关QM“的体二极管DM川。这个反方向电流流人体二极管，使其导通，为主开关的开通创造条件。1．3主开关ZVS条件使用有源箝位的主要目的之一是实现主开关的ZVS，为了分析ZVS条件，参见等效电路如图3所示。图3主开关的ZVS等效电路图ZVS条件是在Q枞州导通或关断以前漏一源极电压必须为零。即：变压