【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器研究燕 山 大 學(xué)2013年6月本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器研究 學(xué)院（系）： 專 業(yè)： 學(xué)生 姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo) 教師： 答辯 日期： 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)學(xué)院：電氣工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：電氣工程及自動(dòng)化系學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專 業(yè)班 級(jí)題目題目名稱交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器研究題目性質(zhì)：工程設(shè)計(jì) （ √ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）；理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ）（ ）；（ ）；（ ）題目類型（ √ ） （ ）題目來(lái)源科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ √ ） 主要內(nèi)容1 查詢雙管正激變換器的技術(shù)資料，消化理解工作原理。2 掌握交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理。3 根據(jù)芯片的技術(shù)性能，設(shè)計(jì)一臺(tái)410V~615V直流輸入，180V直流輸出電壓的變換器。4 給出全部設(shè)計(jì)參數(shù)和圖紙?；疽?． 按電氣工程學(xué)院本科生學(xué)位論文撰寫(xiě)規(guī)范的要求完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（），A0圖紙。2． 說(shuō)明書(shū)及插圖一律打印，要求條理清晰、文筆流暢、圖形及文字符號(hào)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。3．按學(xué)院指定的地點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照進(jìn)度計(jì)劃完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。參考資料1．雙管正激變換器的技術(shù)資料2．正激變換器設(shè)計(jì)相關(guān)文獻(xiàn)周 次1—4周5—8周9—12周13—15周16—17周應(yīng)完成的內(nèi)容查閱資料，閱讀文獻(xiàn)確定方案，設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真，驗(yàn)證可行性撰寫(xiě)論文準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師：職稱： 2012年12月 12日系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日摘要摘要本文主要研究了交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器主電路拓?fù)涞墓ぷ髟砗凸ぷ鬟^(guò)程。工作原理部分分析了兩路雙管正激變換器的交替工作過(guò)程和變壓器實(shí)現(xiàn)鐵芯磁復(fù)位，能量回饋電源的工作原理。控制電路方式部分搭建了系統(tǒng)的控制模型，并根據(jù)控制模型對(duì)控制電路參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 本文第一章討論了具有隔離變壓器的功率電路拓?fù)洌⒏鶕?jù)討論結(jié)果確定交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器作為選擇方案。第二章對(duì)交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器進(jìn)行了工作原理分析并討論了變壓器工作過(guò)程。第三章完成了交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器的參數(shù)計(jì)算，第四章建立了BUCK電路的小信號(hào)模型，并對(duì)進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，搭建了閉環(huán)電路拓?fù)?。第五章進(jìn)行了開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的仿真分析。關(guān)鍵詞　雙管正激變換器，交錯(cuò)并聯(lián)，小信號(hào)模型，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，閉環(huán)仿真I 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AbstractThis paper studies the interleaved twotransistor forward converter main circuit topology of the working principle and process. Works part analyzes the twoway dualtransistor forward converter transformer alternating work processes and implement core magnetic reset, regenerative power supply works. Control circuit part to build the system control model and control model under the control parameters of the circuit design. The first chapter discusses the isolation transformer with a power circuit topology and resulting from the discussion interleaved twotransistor forward converter as an option. The second chapter interleaved twotransistor forward converter works were analyzed and discussed the working process of the transformer. Chapter 3 pleted interleaved twotransistor forward converter parameter calculation. Chapter 4 established BUCK circuit small signal model, and analyzed the design of the pensation network, set up closed circuit topology. Chapter 5 performed openloop and closedloop simulation.Keywords　 Twotransistor forward converter, interleaved, smallsignal model, the pensation network, the closedloop simulationI 目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 DC/DC變換器常用拓?fù)浣榻B 2 本章小結(jié) 6第2章 主電路工作原理分析 7 7 8 10 10第3章 電路參數(shù)設(shè)計(jì) 11 設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo) 11 主電路關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì) 11 控制電路關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì) 13 本章小結(jié) 16第4章 主電路小信號(hào)模型分析和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 17 正激變換器小信號(hào)模型推導(dǎo)與分析 17 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 20 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算 22 本章小結(jié) 24第5章 仿真分析 25 仿真的目的、意義與可信度 25 開(kāi)環(huán)仿真及其結(jié)果分析 25 閉環(huán)仿真及其結(jié)果分析 27 本章小結(jié) 31結(jié)論 32參考文獻(xiàn) 33致謝 34附錄1 35附錄2 41附錄3 46附錄4 54附錄5 60III第1章 緒論 第1章 緒論 課題背景開(kāi)關(guān)電源以其很多顯著的優(yōu)點(diǎn)正被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于國(guó)民生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。這些優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)于以下幾個(gè)方面：①效率高。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源調(diào)整開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。在截止期間，開(kāi)關(guān)管無(wú)電流，因此不消耗功率，可大大提高效率，通?？蛇_(dá)到80%以上。而傳統(tǒng)的調(diào)整串連型穩(wěn)壓電源的晶體管一直工作在放大區(qū)，全部負(fù)載電流都通過(guò)晶體管，功耗就較大，因而效率很低，一般只在50%左右。②由于開(kāi)關(guān)管在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，功率消耗小，不需要采用大散熱器。而且功耗小使得機(jī)內(nèi)溫升低，周圍元件不會(huì)因長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境下而損壞，有利于提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。③穩(wěn)壓范圍寬。當(dāng)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸入的交流電壓在150~250范圍內(nèi)變化時(shí)，都能達(dá)到很好的穩(wěn)壓效果，輸出電壓的變化在2%以下。而且在輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，始終能保持穩(wěn)壓電路的高效率。因此開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源適用于電網(wǎng)電壓波動(dòng)很大的地區(qū)。④體積小重量輕。開(kāi)關(guān)電源可將電網(wǎng)輸入的交流電壓直接整流，再通過(guò)脈沖變壓器獲得各組不同的脈沖電壓，這樣就可省去笨重的工頻變壓器，節(jié)省了大量漆包線和硅鋼片，使電源的體積大大縮小，重量減輕。⑤安全可靠。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路一般都具有自動(dòng)保護(hù)電路。當(dāng)穩(wěn)壓電路、高壓電路、負(fù)載等出現(xiàn)故障或短路時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保護(hù)功能靈敏可靠。正是基于開(kāi)關(guān)電源相對(duì)于傳統(tǒng)相控和線性電源的優(yōu)勢(shì)，很多相關(guān)單位和部門(mén)都將面臨著傳統(tǒng)電源的改造和改進(jìn)工作。開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)比較樂(lè)觀。而且隨著電力電子新技術(shù)產(chǎn)品的“四化”發(fā)展方向：應(yīng)用技術(shù)的高頻化，硬件結(jié)構(gòu)的模塊化，軟件控制的數(shù)字化，產(chǎn)品性能的綠色化，新一代開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品的技術(shù)含量將在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高，更加成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠，從而更好的服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)相關(guān)行業(yè)，提供高品質(zhì)的電能?！?0】1）正激變換器圖11正激變換器如圖11所示，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是中小功率場(chǎng)合常用的拓?fù)浞桨浮＿@種變換器必須采取附加復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器鐵芯磁復(fù)位，除有源箝位等少數(shù)幾種磁復(fù)位方式外，其它的多種復(fù)位方式拓?fù)湟话愣即嬖谝韵氯毕荩鹤儔浩麒F芯單向磁化，利用率低，主功率管承受兩倍左右的輸入電壓?！?】2)反激變換器圖12反激變換器如圖12所示，其電路形式與正激變換器相似，只是變壓器的接法和作用不同。從輸出端看，反激變換器是電流源，功率管每開(kāi)通一次，就要往輸出端傳送能量，因此輸出端不能開(kāi)路。3）推挽變換器圖13推挽變換器如圖13所示，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，變壓器鐵芯雙向磁化，當(dāng)一臺(tái)正激變換器不工作時(shí)，濾波電感能量可以通過(guò)另一臺(tái)正激變換器的二次側(cè)回路向負(fù)載釋放，因此相同鐵芯尺寸下，推挽電路能夠比正激式電路輸出更大的功率，但電路必須有良好的對(duì)稱性，否則容易引起直流偏磁導(dǎo)致鐵芯飽和。另外，變壓器繞組必須緊密耦合，以減小漏感，從而降低功率管的關(guān)斷電壓尖峰，這增大了變壓器繞制工藝的要求以及對(duì)所用功率器件電壓定額的要求?！?】4）半橋變換器圖14半橋變換器如圖14所示，鐵芯雙向磁化，利用率高。變壓器鐵芯不存在直流偏磁現(xiàn)象，功率管承受電源電壓，流過(guò)兩倍的輸入電流，適合高壓中功率場(chǎng)合。5）全橋變換器圖15全橋變換器如圖15所示，鐵芯雙向磁化，利用率高，易采用軟開(kāi)關(guān)工作方式。功率管承受電源電壓，流過(guò)一倍輸入電流。但全橋變換器功率器件較多，控制及驅(qū)動(dòng)較復(fù)雜，并且變壓器鐵芯存在直流偏磁現(xiàn)象，橋臂存在直通現(xiàn)象，比較適合大功率場(chǎng)合?！?】6）雙管正激變換器圖16雙管正激變換器如圖16所示，S1和S2同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)關(guān)斷，當(dāng)S1和S2導(dǎo)通時(shí)，輸入直流母線電壓加在變壓器原邊繞組上，向副邊傳輸能量，當(dāng)S1和S2關(guān)斷后，Dlamp。D2導(dǎo)通，磁化能量回饋電源。雙管正激變換器的優(yōu)點(diǎn)：① 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，通過(guò)兩個(gè)二極管來(lái)提供勵(lì)磁電流回路，實(shí)現(xiàn)鐵芯磁復(fù)位，去除了復(fù)雜的磁復(fù)位電路，與開(kāi)關(guān)管串聯(lián)的二極管將開(kāi)關(guān)管的電壓箝位在輸入電壓，同時(shí)為變壓器的勵(lì)磁電流提供回路，勵(lì)磁能量回饋給電源，減小了損耗，功率管只承受輸入直流母線電壓，電壓應(yīng)力低。② 相對(duì)于半橋變換器或全橋變換器而言，雙管正激變換器的每一個(gè)橋臂均由一個(gè)開(kāi)關(guān)管和一個(gè)二極管串聯(lián)組成，不存在橋臂直通現(xiàn)象，可靠性高。雙管正激變換器技術(shù)成熟，在中等功率場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。但雙管正激變換器存在缺點(diǎn)：，變壓器工作于磁化曲線的第一象限，磁芯利用率低，而且在同一條件下與全橋相比，輸出濾波電感的體積也較大?！?】7）交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器圖17交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器如圖17所示：、QDD2與副邊拓?fù)錁?gòu)成一路雙管正激變換器，QQDD4與副邊拓?fù)錁?gòu)成另一路正激變換器，DD6分別為這兩路正激變換器的副邊整流二極管，D7為兩路共用的續(xù)流二極管，L、C分別為輸出濾波電感和濾波電容。，經(jīng)過(guò)短暫的死區(qū)時(shí)間，負(fù)載電流經(jīng)二極管D7續(xù)流，變壓器磁化電流逐漸減小為零，實(shí)現(xiàn)鐵芯磁復(fù)位，能量回饋電源，然后另一路變換器開(kāi)始工作，另一組變壓器的勵(lì)磁電流逐漸增大，然后重復(fù)之前過(guò)程。兩路正激變換器以相位相差180176。的方式交替工作，因此與單路正激變換器相比其等效占空比，提高一倍。與雙管正激變換器相比，正激變換器的交錯(cuò)并聯(lián)具有許多優(yōu)點(diǎn)：① 在同樣工作頻率下，與雙管正激變換器相比，輸出濾波電感上電壓的頻率提高了一倍，減小了輸出濾波電感的體積。 ② 副邊整流側(cè)電壓的等效占空比增加一倍，提高了電路的響應(yīng)，并有利于驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，在同樣輸出電壓的情況下，整流側(cè)峰值電壓減小一半，續(xù)流時(shí)間減小，有利于續(xù)流管的選擇。 ③ 每個(gè)并聯(lián)支路流過(guò)更小的功率，消除變換器的“熱點(diǎn)”，使熱分布均勻，減輕了散熱設(shè)計(jì)的難度。④ 輸入電流脈動(dòng)頻率提高一倍，減小了輸入濾波器的體積，從而進(jìn)一步減小整機(jī)的體積。兩路雙管正激變換器相當(dāng)于一個(gè)全橋電路，所用的器件數(shù)量基本相同，但是交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器克服了全橋變換器的變壓器偏磁、橋臂直通和控制驅(qū)動(dòng)復(fù)雜等缺點(diǎn)。 基于對(duì)以上幾種常用隔離式DC/DC電路拓?fù)涞姆治?，根?jù)380VAC三相交流輸入，輸出平均功率3KVA的技術(shù)指標(biāo)，本次設(shè)計(jì)選擇交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器?！?】 本章小結(jié)本章首先對(duì)幾種常見(jiàn)的DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作原理進(jìn)行分析，并列舉出了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。然后又進(jìn)一步講述了交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器的工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)對(duì)它們性能的優(yōu)越性進(jìn)行比較，綜合考慮各種因數(shù)，最終決定選用交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器。69