【正文】 而進(jìn)一步減小了損耗。常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 I 交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激變換器及其控制電路 摘 要 本文主要研究了交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激變換器及其控制 電路 。在控制電路的設(shè)計(jì)方面，考慮到電源輸出電壓范圍的可控性，本文采用電壓反饋控制方式 ，選用 UC3825 型脈寬調(diào)制器 。其中，開(kāi)關(guān)類電源是技術(shù)含量較高的一大類產(chǎn)品。這是幾代人持續(xù)奮斗，許多人不斷貢獻(xiàn)所共同積累的結(jié)果。 (3)穩(wěn)壓范圍 較 寬，適用于電網(wǎng)電壓波動(dòng) 較 大的地區(qū)。開(kāi) 關(guān) 電源 一般都具有自動(dòng)保護(hù) 功能 ，當(dāng)穩(wěn)壓電路、高壓電路 或 負(fù)載出現(xiàn)故障 時(shí)，能自動(dòng)切斷電源， 起 可靠 保護(hù)作用 。 由于非隔離式變換器工作時(shí) 占空比較小，利用率較低。但另一部分的設(shè)備不需要交流電 ，只需單純的直流電作為電源， 例如 安全防護(hù)報(bào)警裝置、消防報(bào)警裝置、事故照明等 。 通過(guò)對(duì)比，在僅需直流電 供電 的 設(shè)備中，DC/DC供電方案有其明顯的優(yōu)勢(shì) 。這種拓?fù)浯嬖诿黠@的不足：其一，變壓器鐵芯單向磁化，利用率低；其二，該電路主功率管需承受兩倍的輸入電壓，介于此原因，它只能應(yīng)用于低壓輸入電路。 有以下 缺 點(diǎn)：首先， 輸出功率受到變壓器儲(chǔ)能的限制，只能用于小功率和消費(fèi)電子設(shè)備。其電路形式相似于與正激式變換器，主功率管也要承受兩倍輸入電壓，占空比通常也小于 ，變 壓器的接法也不同。 UiUS 圖 推挽式變換器 (4)半橋式變換器 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 如圖 ，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功率器件少，且功率管只承受電源電壓，變壓器鐵芯不存在直流偏磁現(xiàn)象，變壓器只需一個(gè)原邊繞組，通過(guò)加正反向電壓得到正反向磁通，利用率高，在高壓中功率場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。 按照占空比的實(shí)現(xiàn)方式，開(kāi)關(guān)電源的控制方式可以分為定頻控制和變頻控制。電路將直流信號(hào)先經(jīng)過(guò)電壓誤差放大器放大，再將得到的慢變化信號(hào)與恒定平率的三角波上斜坡比較，得到最終的脈沖寬度。電流內(nèi)環(huán)能對(duì)逐個(gè)脈沖做出迅速反應(yīng)。將帶有鋸齒紋波分量的電感電流信號(hào)接至電流誤差信號(hào)放大器的反相端。 S E TC L RSR觸 發(fā) 器驅(qū) 動(dòng)+振 蕩電 路to nU gtd e a dRSQ Uc pU eR4C3C4c / a+RpRiRsUi 圖 平均電流控制模式 (4)滯環(huán)電流控制模式 滯環(huán)電流模式控制 模式，如圖 ， 將電感電流信號(hào)與兩個(gè)電壓值進(jìn)行比較，較大的控制電壓值 Vmax由輸出電壓與基準(zhǔn)電壓的差值經(jīng)放大器放大得到，它控制開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷時(shí)刻；較小的電壓值 Vmin由控制電壓 Vmax減去一個(gè)固定電壓值 ΔU得到， ΔU為滯環(huán)帶， Vmin控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)啟時(shí)刻。 電路 采用兩條支路交替工作，一方面降低了開(kāi)關(guān)應(yīng)力，另一方面省去了復(fù)雜的磁復(fù)位電路，本身就能可靠的給變壓器復(fù)位。第三，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)一致，會(huì)同時(shí)處于通態(tài)或斷態(tài)，其開(kāi)關(guān)管比較容易選擇。同時(shí)也將整流側(cè)的峰值電壓減小了一半，續(xù)流時(shí)間縮短，這有利于續(xù)流二級(jí)管的選擇。而并聯(lián)結(jié)構(gòu)縮小了輸出濾波電感的體積，降低了器件的應(yīng)力，從而減小了損耗。輸出電壓反饋信號(hào)跟隨基準(zhǔn)電壓變化而變化，誤差信號(hào)經(jīng)放大、比較后，送給 PWM 控制器，從而調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比 ，實(shí)現(xiàn)控制輸出電壓的目的。第三章 詳細(xì)推導(dǎo)了電路數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) 。 放大器 PWM 控制器 功率電路 電壓檢測(cè)電路 Vg ~ 過(guò)流保護(hù) Ui Uo _ + 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 第 2 章 功率電路狀態(tài)分析及其參數(shù)設(shè)置 功率電路結(jié)構(gòu) 及其工作原理 分析 電路結(jié)構(gòu)分析 功率電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 如圖 ， 電路采用兩路并聯(lián)結(jié)構(gòu)，變壓器起隔離和變壓的作用 。輸出 回路需有兩個(gè)整流二極管 D D6 和一個(gè)續(xù)流二極管 D7。 理想 假設(shè)如下： (1)變換器以工作在穩(wěn)定狀態(tài) ； (2)濾波電感足夠大 ，以保證在功率開(kāi)關(guān)的一個(gè)周期中，其電流基本 不變； (3) 電路中所有元器件均為理想器件。 根據(jù)波形圖，可以把電路的一個(gè)工作周期分為 6 個(gè)模態(tài)， 分別 如圖~ 所示。與此同時(shí)，開(kāi)關(guān)管 V V4 截止，二極管 D D4 導(dǎo)通，儲(chǔ)存在變壓器 T1 原邊的電能通過(guò) D常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 D4 形成回路回饋電源，電流減小。 圖 變換器工作波形圖 UV1,2 VV1,2 UD3,4 VV3， 4 UD1,2 UV3,4 i1m i2m UD7 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 1/2Ui Uin Uin 1/2Ui Uin 1/2Ui 1/2Ui D T 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 C 1C 2D 3D 4D CRD 6L 1T 1T 2 圖 [t0~t1] Ⅱ 模態(tài) 2 [t1~t2] 如圖 所示， 本模態(tài)時(shí)段中， V V2 仍然導(dǎo)通，向變壓器副邊供電。 電路 中漏源結(jié)電容 CV CV4 與 T1 原邊線圈構(gòu)成 LC 振蕩電路 ， C 總 為 CVCV4 的等效總電容，則： 341 1 1=VVC C C?總 又因?yàn)?CV3=CV4， 所以 3= 2VCC總，則： 11 + c o s ( )VV 2 rC C itt U? ???34 (23) 11( ) s in ( )iMrrUi t t tZ ?? ? ? (24) 2 1 0 122( ) ( )iiM MMUUi t t t tLL? ? ? ? (25) 其中， 22 2 22 1r r M SLZ L L LCLC? ? ? ? ?? 總總 ， 。 T1 的原邊繼續(xù)諧振，從而線圈同名端電壓為正，使得 D D7 同時(shí)導(dǎo)通， T1 副邊電壓箝位于 0，因此T1 原邊與 V V4 漏源結(jié)電容構(gòu)成諧振電路，釋放漏感儲(chǔ)能， T2 原邊磁化電流降至 0,。副邊電路中整流二極管 D5 導(dǎo)通，續(xù)流二極管 D7 截止，負(fù)載兩端電壓上升。變壓器 T1 原邊勵(lì)磁電流減小。 輸出功率 (PO)： 200W。 保護(hù)功能 ： 具有輸出過(guò)壓和欠壓保護(hù)、過(guò)流和短路保護(hù)、輸入反極性保護(hù)以及輸入欠壓保護(hù) 。 功率 開(kāi)關(guān) 管關(guān)斷 后 ， B 由 Bm 趨向Br， t4 時(shí)刻， 漏源結(jié)電容 開(kāi)始諧振， 因此 勵(lì)磁 電流開(kāi)始反向流動(dòng)， 這時(shí)， B 由 Br再 進(jìn)一步減小。 ?B 的計(jì)算由公式 (215)變型，得： 1i onmrcUTB B B NS? ? ? ? (217) 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 圖 變壓器原邊線圈電壓與鐵芯磁感應(yīng) B 的波形 這 種 類 型的工作狀態(tài)對(duì)鐵芯材料 有 如下幾點(diǎn)要求 ： 第一， 鐵芯應(yīng)盡量工作于局部磁滯回線，因?yàn)檫@樣所包圍的面積較小，損耗也較低；進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，局部磁滯回線的磁導(dǎo)率是較低的。 總之，應(yīng)選擇高 Bs、低 Br、高有效磁導(dǎo)率 ue 及低損耗的磁性材料。 選取 EE33 鐵芯，它的有效截面積 與 鐵芯窗口面積 的計(jì)算如下： 2S 1 2 .7 9 .7 3 c m? ? ? 2Q 2 .17 c m??? 因此 ： 22SQ 1 .2 3 2 .1 7 = 2 .6 7 c m 1 .2 9 c m? ? ? 該鐵芯的 SQ 值大于計(jì)算值 ,選定該鐵芯型號(hào)。 暫 不考慮流 經(jīng) N2 與濾波電感 電流 的紋波， 因此 流過(guò) N2 的電流幅值就等于流過(guò)電感電流的平均值，即負(fù)載電流 Io。 (5)鐵芯窗口面積 的核算 取銅皮的寬度 為 26mm， 厚度 為 ， ? 的銅 線的截面積為常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 。 二極管的選擇 (1) 原邊續(xù)流二極管的選取 交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激 電路 ，原邊續(xù)流二極管所流 經(jīng)的 電流 等于 變壓器原邊的磁化電流。 輸出濾波電感的選擇 雙管正激變換器屬于 Buck 族電路，可等效為開(kāi)關(guān)頻率高一倍的 Buck 電路。 再根據(jù)電路條件，列出 (240)和 (241)方程式： 1OFF ONsTT f?? (240) 20xx 0 % 2 0 % 0 . 1 5264oi I A? ? ? ? ? (241) 聯(lián)立 (238)~(241)，得： ONT 3 .8 6 s, 1. 14 s, 1. 99 HO F FT L m??? ? ?。取濾波電容 C=5 F? 。狀態(tài)空間平均法的建模思路相同與基本建模思想，即在某一靜態(tài)工作點(diǎn)中引入小信號(hào)的擾動(dòng)，以獲得系統(tǒng)在加入正弦小信號(hào)擾動(dòng)之后的微小變化，再用狀態(tài)方程形式對(duì)基本建模法加以整理，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，使各種不同結(jié)構(gòu)變換器的解析模型具有了統(tǒng)一的形式。 (4)電路工作于電流連續(xù)模式 (CCM)。39。39。確定交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激電路的靜態(tài)工作點(diǎn)為 11011 0 ggDDI LVVn L n RVDC R C???? ? ? ? ?????? ? ? ?? ? ???? ? ? ?? ? ? ????? ?? ? ? ??? (315) 1 21000110 0 1 0gggDDI D L nRVVnLDVC R C n??? ????? ???? ?????? ? ? ? ??? ??? ? ??? ? ? ? ??? ????? ? ? ??? ??? ???? ???? (316) 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 由式 (315)得交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激電路的電壓變比與電感電流的穩(wěn)態(tài)值分別為 gVDM Vn?? (317) gDVVI R nR?? (318) 由式 (316)得出輸入電流的穩(wěn)態(tài)值為 2 gg DVI nR? (319) 與狀態(tài)向量、輸入向量和輸出向量相對(duì)應(yīng)的交流小信號(hào)分量向量分別為： ?? ?( ) [ ( ), ( )]Tx t i t v t? ， ? ?( ) [ ( )]gu t v t? 和 ?? ?( ) [ ( ), ( )]Tgy t i t v t? ，建立交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激電路的小信號(hào)狀態(tài)方程與輸出方程為 1 1 1 10 0 0??0()() ?? ( ) (1 1 1 1 1 1 0? ()? () 00ggD Iitit L L Lv t V d tnL nLVvtvtC R C C R C C R C????? ? ? ? ? ? ??? ? ?? ? ? ??????? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ???? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ????? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ? ? ?????) (320) ? ?0 0 1 0 1 0 0 0() () ?? ( ) ( )0 1 0 0 1 0 1 0 0? ()? ()g ggDIit it v t V d tVvtvt ???? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ??? ???? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ?? (321) 其中，直流分量 V 和 I 由式 (317)、 (318)確定。它是一個(gè)單環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，這種控制方式 簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、易于設(shè)計(jì)，也可以保證很好的穩(wěn)壓精度。整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理是：在某個(gè)瞬間，當(dāng)輸出電壓高 于其額定值時(shí)，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)輸出的控制信號(hào) vc(t)降低，觸發(fā)器輸出高電平的脈沖寬度變窄，減少主電路從。其中，控制器是由電壓采樣網(wǎng)絡(luò)和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)組成，輸出電壓經(jīng)過(guò)電壓采樣網(wǎng)絡(luò)得到 Hv 與參考電壓 Vref 比較后產(chǎn)生誤差信號(hào) ve 作為補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸入。 根據(jù)式 (317)，可知交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激電路的穩(wěn)態(tài)電壓變比為 gVDVn? (327) M(D)為變換器的穩(wěn)態(tài)電壓變比的理想值，則 () gVDM D k Vn?? (328) 由于分析對(duì)象為理想變換器，則 k=1，所以 ()DMD n? (329) 以輸入電流 ig(t)和輸出電壓 v(t)為輸出變量，利用式 (326)可表示為 ?? ?( ) ( ) ( ) ( ) ( )g ig g idi s G s v s G s d s?? (330) ?? ?( ) ( ) ( ) ( ) ( )g vg g vdv s G s v s G s d s?? (331) 將式 (35)、 (310)、 (311)、 (314)和 (315)代入式 (326)，得 222211? () 11 ??( ) ( )1 1 1 1? 1()0gg gggDD sV D