【正文】 橋移相軟開關(guān) DC/DC變換器設(shè)計 31 （ 2）輸出濾波電感的最大電流 根據(jù)式 ()，將 fL = 代入，可求出實際的 minoI =。 輸出整流管的選取 對于低壓大電流輸出的整流電路來說，一般采用全波整流，這樣可以降低整流電路的損耗，但主變壓器得需要一個中心抽頭，制作工藝變的麻煩。 （ 2）額定電流 在全橋整流電路中，在一個開關(guān)周期內(nèi)，整流管的開關(guān)情況是：①當(dāng)變壓器的副邊有電壓時，整流橋?qū)堑膬蓚€整流管導(dǎo)通；②當(dāng)變壓器副邊電壓為零時，四個整流管同時導(dǎo)通，可以近似認(rèn)為流過它們的電流相等，即均為負(fù)載電流的四分之一。因為是低輸入高輸出，輸入輸出相差較大，一般的 DC/DC 變換器采用雙極性控制的硬開關(guān)技術(shù)，無法提高 DC/DC 變換器的開關(guān)頻率， 導(dǎo)致變換器的效率低下。 在控制電路上，變換器采用了平均電流模式下的雙閉環(huán)控制，即電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)，提高了變換器的動態(tài)性和穩(wěn)態(tài)性。他在百忙之中抽出時間和我們討論問題、分析問題、解決問題，給了我們深刻的印象。 在設(shè)計過程中，還得到了李 老師的指導(dǎo)，以及周圍許多同學(xué)的幫助，在此一并表示我最誠摯的謝意。他們的關(guān)愛、理解、支持和鼓勵始終是我前進(jìn)的動力。 感謝各位領(lǐng)導(dǎo)在百忙之中對論文的審閱和賜教。在此，謹(jǐn)向趙老師表示最崇高的敬意和誠摯的感謝。 全橋移相軟開關(guān) DC/DC變換器設(shè)計 34 參考文獻(xiàn) [1] 林渭勛 . 現(xiàn)代電力電子電路 [M] 浙江大學(xué)出版社 .2020． [2] 張占松 、 蔡宣三 . 開關(guān)電源的原理 與設(shè)計 (修訂版 )[M] 電子工業(yè)出版社 .2020． [3] 王兆安 、 黃俊 . 電力電子技術(shù)第 4 版 [M] 機(jī)械工業(yè)出版社 .2020． [4] 楊旭 、 裴元慶 、 王兆安 . 開關(guān)電源技術(shù) [M] 機(jī)械工業(yè)出版社 .2020． [5] 倪海東 、 蔣玉萍 . 高頻開關(guān)電源集成控制器 [M] 機(jī)械工業(yè)出版社 .2020． [6] 阮新波 . 移相控制零電壓開關(guān) PWM 變換器的研究 [J] 南京航空航天大學(xué)博士 1996． [7] 張國軍、王學(xué)禮 . 現(xiàn)代電力電子及電源技術(shù)的發(fā)展 [J] 中國自動化網(wǎng) .2020． [8] 阮新波 . 脈寬調(diào)制 DC/DC 全橋變換器的軟開關(guān)技術(shù) [J] 科學(xué)出版社 .1999． [9] 石玉 、 栗書賢 . 電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計指導(dǎo) [M]．機(jī)械工業(yè)出版社 .1998． [10] 鄭瓊林 、 耿學(xué)文 . 電力電子電路精選 [M]．機(jī)械工業(yè)出版社 .1996． [11] 王華斌 、 袁佑新 . PWM 開關(guān)變換技術(shù)的分類及比較 [M]. 國外建材科技 .2020. [12] 童詩白 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M]. 高等教育出版社 . 1987. [13] 葉慧貞 、 楊興洲 . 開關(guān)穩(wěn)壓電源 [M]. 國防工業(yè)出版社 .1990. [14] 何希才 . 新型開關(guān)電源設(shè) 計與維修 [M]. 國防工業(yè)出版社 . 2020. [15] , F. C. Lee, Resonant switches a unified approach to improve performances of switching converter[J], Proceedings of International Telemunications Energy ． 全橋移相軟開關(guān) DC/DC變換器設(shè)計 35 致謝 本論文是在趙 老師的悉心指導(dǎo)和不斷鼓勵下完成的。 本文采用可飽和電感和輔助諧振網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法，一方面提高副邊有效占空比，同時實現(xiàn) 滯后橋臂的 ZVS 開關(guān)。整流管中流過的最大電流為 。 (1)額定電壓 整流管的最大反壓為變壓器副邊電壓幅值： 在整流管開關(guān)時，由于變壓器的副邊存在漏感，這漏感值會與整流管的結(jié)電容產(chǎn)生振蕩，所以實際整流管的反向耐壓值應(yīng)是 833V 的兩 倍以上。這樣濾波電感電流的最大值為： m a xm a xm a x 21LfoLf IIi ?? () 可得 AIIiLfoLf m a xm a xm a x ?????? 輸出濾波電容的選擇 電容的計算可采用如下公式： （ ） 與計算輸出濾波電感同樣的道理，當(dāng)輸入電壓最高 maxinV =25V 時， Co=1100 F? 考慮到電解電容頻率特性較差，實際選取 3 個 470uF/450V 電解電容并聯(lián)。這樣本變換器的輸出濾波電感電流的脈動可選為 IA。式中 maxpD 為原邊最大占空比，由于死區(qū)時間設(shè)定為 ，故maxpD =。為了在任意輸入電壓時能夠輸出所要求的電壓，變壓器的變比應(yīng)按最低輸入電壓 mininV 來選擇。運放 IC2 輸出 的誤差電壓輸入到 UC3875 的 E/A+端，作為電流環(huán)的參考電壓給定。 閉環(huán)控制電路的設(shè)計 為了提高變換器的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，采用了雙閉環(huán)的平均電流模式控制方式，即電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)。通過利用 UC3875 的電流控制端 (5 腳 )則會實現(xiàn)限流保護(hù)功能。 （ 3）限電流保護(hù)設(shè)計 為使主電路長期穩(wěn)定、安全可靠地 工作，必須設(shè)計各種類型的保護(hù)電路，避免因電路出現(xiàn)故障、使用不當(dāng)或條件發(fā)生變化而損壞電路上的零器件。其穩(wěn)壓原理是這樣的：當(dāng)某種原因引起輸出電壓升高時，取樣電壓升高，誤差放大器輸出電壓 Ue 降低， Ton 變窄， Toff 變寬，占空比 δ(Ton/T)減小，即 Uo↑→Ui↑→ Ue↓→ δ↓→ Uo↓ 反之亦然。下圖所示是脈寬控制器的最基本的原理圖。 該腳可通過很少的器件實現(xiàn)電流方式控制，同時提供陡度補償。最簡單的用法是：具有不同振蕩頻率的多個 UC3875 可通過連接其同步端，使它們同步工作于最高頻率。 管腳 12 為電源地端。為保證芯片正常工作，在該 管腳 電壓低于欠壓鎖定閾值（ ）時停止工作。 管腳 1 1 8 為輸出 OUT A～ OUT D 端，該 管 腳 為 2A的圖騰柱輸出，可驅(qū)動 MOSFET 和變壓器。 管腳 5為電流檢測端，該腳為電流故障比較器的同相輸入端，其基準(zhǔn)設(shè)置為內(nèi)部固定 （由 VREF 分壓）。 管腳 2 為電壓反饋增益控制端，當(dāng)誤差放大器的輸出電壓低于 1V 時實現(xiàn) 0176。 表 1 UC3875 管腳功能表 PIN 功能 PIN 功能 1 VREF 基準(zhǔn)電壓 10 VCC 電源電壓 2 E/A OUT 誤差放大器的輸出 11 VIN 芯片供電電源 3 E/A 誤差放大器的反相輸入 12 PWR GND 電源地 4 E/A+ 誤差放大器的同相輸入 16 FREQ SET 頻率設(shè)置端 5 C/S+ 電流檢測 17 CLOCK/SYNC 時鐘 /同步 6 SOFTSTART 軟起動 18 SLOPE 陡度 7， 15 DELAYSET A/B， C/D 輸出延遲控制 19 RAMP 斜波 14， 13，9， 8 OUT A～ OUT D 輸出 A～ D 20 GND 信號地 主要引腳功能如下： 管腳 1 可輸出精確的 5V 基準(zhǔn)電壓，其電流可以達(dá)到 60mA。 圖 控制電路 m a xm a x 25 6 . 9/ 2 7 / 2 0 . 2 7inLa VIALa C a F F??? ? ??全橋移相軟開關(guān) DC/DC變換器設(shè)計 25 UC3875 簡介 Unitrode 公司的移相控制芯片 UC3875 是專門為全橋移相電路而開發(fā)的，代替了早期用分立器件的做法，使全橋移相的技術(shù)更容易轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品。當(dāng)輸出電壓比較低、輸出電流比較大時，為減小整流橋的通態(tài)損耗，提高變壓器的效率，一般選用雙半波整流方式。 滯后橋臂： 與領(lǐng)先橋臂比較，滯后橋臂開關(guān)管中多一份輔助諧振網(wǎng)絡(luò)的電流 LaI ，其最大值為： 因此滯后橋臂開關(guān)管流過的最大電流為 m a x m a x m a xLag p LaI i I??=。 （ a） 額定電壓 本變換器的直流母線電壓最大值為 25V，功率開關(guān)管的額定電壓一般要求高于直流母線電壓的兩倍。目前市場上低飽和壓降的大功率 IGBT，其最小飽和壓降為 左右，而 MOSFET 的通態(tài)電阻己能達(dá)到 歐姆，甚至更小。對于 IGBT 由于其存在關(guān)斷電流拖尾現(xiàn)象，開關(guān)損耗主 要為關(guān)斷損耗；而 MOSFET 則主要是開通損耗，即漏源結(jié)電容的電荷尚未放電完畢之前就開通了功率管。θ。把橋臂 1 和 4 作為一對，橋 臂 2 和 3 作為一對，成對的兩個橋臂同時導(dǎo)通，兩對交替導(dǎo)通 180176。原理如圖 4 所示，主要由四個相同的功率管和一個高頻變壓器壓器組成?？娠柡碗姼?Lr 用來幫助實現(xiàn)功率開關(guān)管的零電壓開關(guān)，它只是在開關(guān)管的開關(guān)過程中處于線性狀態(tài)，其它時間則處于飽和狀態(tài)，這樣可以減小副邊占空比的丟失，提高原邊占空比的利用率。由于是多數(shù)載流子導(dǎo)電，不存在存儲效應(yīng)。 圖 . 主電路原理圖 整 流與濾波 當(dāng)正弦電壓為上正下負(fù)的時候，由零逐漸增大時，二極管 D D3 正偏導(dǎo)通，電源通過 D D3 向負(fù)載供電，同時向電容充電，直到 22UUc? 以后隨著輸入電壓下降，電容 C 開始向負(fù)載放電。 高頻逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。為了使 Ldi 在 4cV 繼續(xù)上升到 inV 的過程中不至于上升得太快，而使得給 C4充電，使 C2 放電的電流過小，導(dǎo)致 4cV 無法上升到 inV ，有必要對 La 作出約束，一般要求： 2 fLa n L? （ ） 11sinsgTAtK ???11 22si n11igsggVinL I L I AAa a r c VtT AK ?????????? ? ??? ?11 2sin1 1s g ginig T A AVV t AK ? ????? ??? ??? ? ? ?1c os 1 0e c a aaL I I t IL ?? ? ? ?111 1 2si n si n(1 1 )s g g s g ginigA A A AVVTTt tA? ?????? ???? ??(2 )g in inig igA VV??全橋移相軟開關(guān) DC/DC變換器設(shè)計 20 式中： fL 是輸出濾波電感，是變壓器原副邊匝比。如果希望在滿足()式的同時， ()式也能 滿足，必須有： （ ） 亦即： （ ） 從前面的討論中知道， /1in igVV? ，故 /in igVV在（ 0， 1）內(nèi)取值時，式 ()右側(cè)是單調(diào)增函數(shù) 1，即 /in igVV越大， gA 可取值越大。 上面的討論中， K 值必須同時滿足式 ()， ()和 ()。因此，總是希望 K 值越大越好。為了在波動范圍內(nèi)任意電壓下均能實現(xiàn)零電壓開關(guān)，有必要討論 inV的選取。 22 ( ) (1 c o s )ca t V tinV ???22( ) sininLa Vi t tZ ??/22Z L Caa?45 22t LaCa??12( ) cosincaV t V t??5 2( ) /inLaI t V Z??1/ 22 LCaa? ?全橋移相軟開關(guān) DC/DC變換器設(shè)計 17 圖 t5t6 狀態(tài)下的等效電路圖 從 t6 開始，到 t12 時，這是一個開關(guān)周期的另一個半周，工作情況與 [t0t6]半周類似。同時，這段時間中的 1xt 時刻， Q3 關(guān)斷，原邊電流迅速上升到 cI? ，電感 Lr 處于臨界飽和狀態(tài)。在這段時間里， （ ） 開關(guān)模態(tài) 4 的持續(xù)時間為： （ ） 圖 t3t4 狀態(tài)下的等效電路圖 32( ) ( ) c aLa rLa I LI t I t L???4( ) ( )La inLa a tVi t I t L??3 4 4( ) /Lai La I t Vin??23 c rLtIVin??全橋移相軟開關(guān) DC/DC變換器設(shè)計 16 (6)開關(guān)模態(tài) 5 (