【正文】 熱分布均勻，提高可靠性。深入分析電壓型控制交錯(cuò)雙管并聯(lián)正激DCDC變換器的工作原理，建立交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激式低壓大電流DCDC變換器的Pspice仿真模型,詳細(xì)論述交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激DCDC變換器的穩(wěn)態(tài)原理，按照變換器的實(shí)際工作情況，分析交錯(cuò)雙管正激DCDC變換器斷續(xù)，臨界連續(xù)和連續(xù)的工作模式，并推導(dǎo)出雙管正激DCDC變換器的輸出外特性，并且從中得出此類變化器所擁有的一些優(yōu)點(diǎn)。隨著電源技術(shù)的發(fā)展，低電壓、大電流的變換器因其技術(shù)含量高，應(yīng)用廣，越來越受到人 們重視。目前國(guó)內(nèi)DC/DC模塊電源市場(chǎng)主要被國(guó)外品牌所占據(jù)，它們覆蓋了大功率模塊電源的大部分以及中小功率模塊電源一半的市場(chǎng)。目前，單片開關(guān)電源已形成了幾十個(gè)系列、數(shù)百種產(chǎn)品。第二個(gè)方向是實(shí)現(xiàn)中、小功率開關(guān)電源單片集成化。隨著集成電路的發(fā)展，開關(guān)電源逐漸向集成化方向發(fā)展，趨于小型化和模塊化。感謝所有在我求學(xué)路上關(guān)心我、幫助我的人?？傊?本次設(shè)計(jì)讓我受益匪淺,使我對(duì)這四年所學(xué)的知識(shí)又有了一次全新的認(rèn)識(shí)。首先由于本次技術(shù)指標(biāo)要求的輸入輸出電壓都較高，電流不大。然后在其基礎(chǔ)上加一個(gè)電壓閉環(huán)進(jìn)行仿真，得出的仿真結(jié)果也理論值相同，符合設(shè)計(jì)要求。 為了驗(yàn)證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在4ms處加入一個(gè)50V的輸入擾動(dòng)信號(hào)，如圖511所示。圖58為變壓器副邊二極管DDD7的電流波形 圖58閉環(huán)仿真（DDD7）電流波形由圖58可以發(fā)現(xiàn)，D5和D6在一個(gè)周期內(nèi)交替工作，D7工作在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，負(fù)載電流在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，經(jīng)二極管D7續(xù)流。兩路雙管正激變換器的交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)的電壓閉環(huán)仿真電路圖如圖54所示。下半部分是電感電流的波形，,在25A~40A這個(gè)范圍內(nèi)穩(wěn)定波動(dòng)。但是，仿真存在一個(gè)可信度的問題，仿真的結(jié)果并不能十分完美的反應(yīng)實(shí)際情況。原始回路增益函數(shù)其中，則可得取交越頻率=1/5=10KHz,則可求得原始回路函數(shù)在的增益為則可求得補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的增益為幅頻特性的轉(zhuǎn)折頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)函數(shù)兩個(gè)零點(diǎn)頻率設(shè)計(jì)為原始回路函數(shù)兩個(gè)極點(diǎn)頻率的1/2，即則可求得在零點(diǎn)與之間的增益為至此可以求出補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電阻值和電容值。若原始回路中函數(shù)有兩個(gè)相近的極點(diǎn)，極點(diǎn)頻率，可將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)零點(diǎn)頻率設(shè)計(jì)為原始回路函數(shù)兩個(gè)相近極點(diǎn)頻率的1/2，即 （432）如果原始回路函數(shù)沒有零點(diǎn)，則可以將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)極點(diǎn)設(shè)定為==（1~3），以減小輸出的高頻開關(guān)紋波。 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)圖41所示為一種有源超前—滯后補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，其傳遞函數(shù)為 （425）有源超前—滯后補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)零點(diǎn)，三個(gè)極點(diǎn)。【9】圖42BUCK電路原理圖為了獲得 Buck 開關(guān)變換器的基本工作特性而又簡(jiǎn)化分析，假定電路工作在理想狀態(tài)下。最后還對(duì)主功率管的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了分析，并確定出了主功率管的驅(qū)動(dòng)電路。穩(wěn)壓二極管DD2和DD4目的是防止MOSFET正負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓過高損壞管子。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮：1)由于雙管正激電路結(jié)構(gòu)上的需要，兩個(gè)主功率管必須電氣隔離，因此采取了如圖所示的隔離驅(qū)動(dòng)電路。電容CC2用于吸收高頻振蕩尖峰。 這里我們采用了脈沖電流互感器，套在功率MOSFET的漏極引線上，線上流過的電流是漏極電流Ids。目前可行的電流取樣器件有，無感電阻、霍爾電流傳感器、普通的電流互感器。軟啟動(dòng)端可以減小功率管的開機(jī)沖擊，避免變壓器的雙倍磁通效應(yīng)。由于雙管正激變換器無直通現(xiàn)象，為了提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)相應(yīng)，可以盡量增大最大占空比，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，將死區(qū)設(shè)置電阻Rd定位0。UC3525能提供接近50%的脈寬控制，可設(shè)定死區(qū)時(shí)間，對(duì)稱性好，工作頻率可達(dá)400kHz，圖騰柱結(jié)構(gòu)輸出，輸出能力達(dá)500mA，內(nèi)帶2MHz帶寬的放大器，軟啟動(dòng)功能，Shutdowm保護(hù)端功能。 流過整流管電流的瞬時(shí)值是流過開關(guān)管電流瞬時(shí)值的兩倍，則流 過整流管的最大電流為 I=2Iq=承受的最大電壓也為615V，選取DSEl30—12二極管。 a、濾波電感根據(jù)公式 （34）其中R為5，=1對(duì)應(yīng)電感電流的臨界點(diǎn)，=50KHZ，求得L=130uH?！?】a、占空比和變壓器變比的確定控制芯片選用UC3525，開關(guān)頻率設(shè)計(jì)在50K?？紤]到逆變器自身損耗，將該DC/DC變換器平均輸出功率定為3300W，最大瞬時(shí)功率定為6300W。②變壓器的磁化過程。③并聯(lián)結(jié)構(gòu)可以使每個(gè)并聯(lián)支路流過更小的功率，消除變換器的“熱點(diǎn)”，使熱分布均勻，提高可靠性。【8】從以上分析可見，雙路交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激DC/DC變換器交替工作，向副邊傳輸能量，通過二極管DD2或DD4向電源回饋能量，實(shí)現(xiàn)鐵芯磁復(fù)位，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔。DD2開通，T1的磁化電流通過DD2續(xù)流，線性減小，回饋電源。D7關(guān)斷，D5導(dǎo)通，電源通過T1給副邊傳輸能量，T1磁化電流從零線性上升。分析前做如下一些假設(shè)：① 所有開關(guān)管，二極管均視為理想器件；② L足夠大，在一個(gè)開關(guān)周期中，其電流基本保持不變，這樣L和C以及負(fù)載電阻可以看成是一個(gè)電流為I0的恒流源。⑤原邊續(xù)流二極管的電壓電流應(yīng)力流過該二極管的電流是變壓器磁化電流，其上的電壓是輸入電壓。 DD2與副邊拓?fù)錁?gòu)成一路雙管正激變換器，DD4與副邊拓?fù)錁?gòu)成另一路雙管正激變換器，DD6分別為這兩路變換器的副邊整流二極管，D7為兩路空用的續(xù)流管，L、C分別為輸出濾波電感和濾波電容。由于這部分相對(duì)簡(jiǎn)單，這里只是將半導(dǎo)體器件的電壓電流應(yīng)力和輸入輸出電壓的關(guān)系列出?！?】 本章小結(jié)本章首先對(duì)幾種常見的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)。 ③ 每個(gè)并聯(lián)支路流過更小的功率，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。兩路正激變換器以相位相差180176。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?！?】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。變壓器鐵芯不存在直流偏磁現(xiàn)象，功率管承受電源電壓，流過兩倍的輸入電流，適合高壓中功率場(chǎng)合。從輸出端看，反激變換器是電流源，功率管每開通一次，就要往輸出端傳送能量，因此輸出端不能開路。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。開關(guān)穩(wěn)壓電路一般都具有自動(dòng)保護(hù)電路。因此開關(guān)穩(wěn)壓電源適用于電網(wǎng)電壓波動(dòng)很大的地區(qū)。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。開關(guān)穩(wěn)壓電源調(diào)整開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)。這些優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)于以下幾個(gè)方面：①效率高。②由于開關(guān)管在開關(guān)狀態(tài)，功率消耗小，不需要采用大散熱器。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。⑤安全可靠。開關(guān)電源市場(chǎng)比較樂觀?！?】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?！?】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。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。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。，經(jīng)過短暫的死區(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)之前過程。 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。 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。69 第2章 主電路工作原理分析 第2章 主電路工作原理分析本章主要從兩個(gè)方面方分析交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器穩(wěn)態(tài)工作原理：①變換器輸入輸出的基本關(guān)系以及電路中各個(gè)器件的電壓電流應(yīng)力關(guān)系。 為方便論述，將第一章交錯(cuò)并聯(lián)雙管正激變換器的主電路再畫在這里，如圖21所示。 ④副邊續(xù)流管的電壓電流應(yīng)力流過續(xù)流管電流的有效值為副邊續(xù)流二極管的電壓應(yīng)力是變壓器副邊電壓。【6】下面依據(jù)圖22所示的電壓電流原理波形，對(duì)這個(gè)過程進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。t0時(shí)刻，2開通，DD4仍截止，DD4仍導(dǎo)通，T2勵(lì)磁電流繼續(xù)通過DD4續(xù)流，線性減小，回饋電源。D5關(guān)斷，D7開通，負(fù)載電流I0經(jīng)D7續(xù)流。：以T1為例，當(dāng)2關(guān)斷后，由于變壓器的原邊、副邊均有剩磁，所以流過原副邊的電流不能突變?yōu)榱?，原邊電流?jīng)續(xù)流二極管DD2續(xù)流，并逐漸減小，復(fù)邊電流經(jīng)D5續(xù)流，電感電流經(jīng)D7續(xù)流，此時(shí)二極管DD7均導(dǎo)通，使變壓器副邊短路，副邊電壓為零，由于變壓器的箝位作用，使原邊電壓為零，原邊電流迅速減小為零，實(shí)現(xiàn)變壓器復(fù)位。②由于兩路交錯(cuò)并聯(lián)，使得整流側(cè)輸出電壓等效占空比增加一倍，這就帶來兩個(gè)好處：，整流側(cè)輸出電壓占空比可以在0~1之間變化，提高了電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并且有利于驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；，變壓器副邊匝數(shù)減少一倍，這使得整流側(cè)峰值電壓減小一半，續(xù)流時(shí)間減小，有利于選擇低電流定額的續(xù)流管。這部分的工作主要是為第三章功率電路各器件的設(shè)計(jì)選取提供依據(jù)。20%輸入電壓：交流電壓整流后得410VDC~615VDC輸出電壓：180V直流輸出輸出功率：該變換器是某逆變器的前級(jí)，逆變器輸出滿載功率為3KW。 由于輸入濾波電容的存在，忽略三相整流后電壓的波動(dòng)，從而近似輸入電壓無波動(dòng)。b、磁芯選擇 根據(jù)公式 （32）其中等價(jià)功率PT=，載流密度J=4A/mm2，窗口利用系數(shù)KO=，,，EE55B型磁芯符合.再根據(jù)公式 （33）得到變壓器原邊參數(shù)N1=，取28，根據(jù)變比要求取副邊匝數(shù)為14。 續(xù)流管中流過的是變壓器磁化電流，取磁化電流為負(fù)載電流的5%，因此得到流過原邊續(xù)流管的電流為 原邊續(xù)流管的電壓應(yīng)力是輸入直流母線電壓，最大為615V，選取DSEl8—12型二極管。 控制電路關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì) 控制電路采用Unitrode公司的集成芯片UC3525，此芯片是電壓型芯片，可以外接一個(gè)運(yùn)算放大器，做電壓環(huán)，其內(nèi)部的運(yùn)放用來做電流環(huán)，該芯片具有功能強(qiáng)大、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，能完全滿足控制及保護(hù)功能要求。開關(guān)頻率為50KHz,內(nèi)部振蕩頻率為100 KHz,可確定:, 。在變換器出現(xiàn)某些故障時(shí)，可以拉低軟啟動(dòng)端電平，使輸出為零，如輸出過欠壓故障、輸入過壓故障、功率管過流故障等。某些故障保護(hù)端必須加在Shutdowm，如功率管短路故障、輸入過壓故障、變壓器原邊過流故障等。TT2是脈沖電流互感器，它們?cè)陔娐分薪惶婀ぷ饔脕頇z測(cè)功率M0SFET漏極流過的電流波形。普通的電流傳感器存在帶寬限制以及輸出信號(hào)失真等問題。這樣副邊檢測(cè)電壓 很好地再現(xiàn)了原邊脈沖電流。圖33主功率管驅(qū)動(dòng)電路如圖3—3所示是一路雙管正激電路的兩個(gè)主功率管的驅(qū)動(dòng)電路。C為隔直電容，RR3為柵極驅(qū)動(dòng)電阻，目的是防止電流尖峰引起的高頻振蕩。 本章小結(jié)本章主要是通過樣機(jī)參數(shù)的指標(biāo)，分別設(shè)計(jì)了主電路中的一些重要參數(shù)和控制電路中比較重要的參數(shù)。因此分析 Buck 變換器模型可以得到正激變換器的具體工作過程。在0s≤ t ≤ dT期間： （45） （46）簡(jiǎn)寫成 （47） （48）在dT≤ t ≤Ts期間 （49） （410）簡(jiǎn)寫成 （411） （412）將式（411）、（415）按占空比的影響求平均值，得到下式 （413）同理可得 （414）式中現(xiàn)在對(duì)基本狀態(tài)平均方程組施加擾動(dòng)， 將以上式子代入式（417）、（418）得：（415）（416）