BUCKDCDC变换器最优化设计.pdf
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2022-11-19
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BUCKDC/DC 变换器最优化设计
摘要：为了设计出高性能的开关电源，选择性能更为优越的功率半导体器件，改进
电路拓扑结构，选择和改进控制电路的控制方式，优化器件的排列布局等成为必然
途径。从 BUCKDC／DC 变换器的基本工作原理着手，设计了主电路参数，运用非
线性规划技术对该电路进行优化设计，得到最优化模型，然后运用 ORCADPSPICE
软件对电路进行仿真，仿真结果表明：运用最优化设计所体现的优越性明显，提高
电路设计质量。 关键词：BUCKDC／DC 变换器；约束条件；最优化设计；仿
真 随着电力电子技术的不断发展，要求开关电源具有更高的工作频率、效率、工
作密度、功率因数、可靠性、电路具有更小的体积和实用性。为了得到高性能的开
关电源，研究者们在选择性能更为优越的功率半导体器件，改进电路拓扑结构，选
择和改进控制电路的控制方式，优化器件的排列布局等方面做了大量的优化设计工
作，并且取得了许多卓有成效的成果。近年来，人们引入了功能强大的数学规划方
法来解决开关电源的最优化设计问题，形成了开关电源的最优设计技术，在目标值
与约束条件都能用数学公式表达时，这种采用数学优化方法得到的设计结果与传统
的设计方法相比，往往具有很强的优越性，可提高开关电源的设计质量，缩短设计
周期，本文首先采用传统方法对 BUCKDC／DC 变换器的主电路参数进行了设计与
器件的选择，然后提出了设计的最优化目标值和约束条件，从而利用数学规划方法
得到了该变换器的最优化模型，对 BUCKDC／DC 变换器的最优设计具有实际的指
导意义。 1.BUCKDC／DC 变换器工作原理及参量关系分析 输入交流电压
(220VAC)经整流滤波后变换为 300VDC，而用电设备所需要的直流电压是多种多样
的，降压型 DC／DC 变换器主电路(BUCK 电路)是一种输出电压小于输入电压的单
管非隔离型直流变换器，是属于开关电源中一种典型的电路，开关管一般都采用
PWM 控制方式。
图 l(a)所示为 BUCKDC／DC 变换器主电路，图 l(b)和图 l(c)给出了 CCM 下两种工作模态的
等效电路，图 1(d)为工作波形。由图 l(d)可知：
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