【正文】 ...............................34 附錄 1 ..................................................................................................................35 附錄 2 ..................................................................................................................41 附錄 3 ..................................................................................................................46 附錄 4 ..................................................................................................................54 附錄 5 ..................................................................................................................60 . . 第 1章 緒論 課題背景 開關(guān)電源以其很 多顯著的優(yōu)點 正被越來越廣泛的應(yīng)用于國民生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。 本文第一章討論了具有隔離變壓器的功率電路拓撲，并根據(jù)討論結(jié)果確定交錯并聯(lián)雙管正激變換器作為 選擇方案。 3．按學(xué)院指定的地點進行設(shè)計，嚴格按照進度計劃完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。 3 根據(jù)芯片的技術(shù)性能，設(shè)計一臺 410V~615V 直流 輸入， 180V 直流 輸 出 電壓的變換器。 2 掌握 交錯并聯(lián)雙管正激變換器系統(tǒng)構(gòu)成及工作 原理。 2． 說明書及插圖一律打印，要求條理清晰、文筆流暢、圖形及文字符號符合國家現(xiàn)行標準?？刂齐娐贩绞讲糠执罱讼到y(tǒng)的控制模型，并根據(jù)控制模型對控制電路參數(shù)進行了設(shè)計。第五章進行了開環(huán)和閉環(huán)的仿真分析。在截止期間，開關(guān)管無電流，因此不消耗功率，可大大提高效率， 通?？蛇_到 80%以上。 ③穩(wěn)壓范圍寬。 ④體積小重量輕。當穩(wěn)壓電路、高壓電路、負載等出現(xiàn)故障或短路時，能自動切斷電源， 保護功能 靈敏可靠。 【 10】 . . 1）正激變換器 D 1 L fC fTRU iS 1D 2 圖 11 正激變換器 如圖 11 所示，電路結(jié)構(gòu)簡單， 是中小功率場合常用的 拓撲方案 。 3）推挽變換器 D 1D 2L fC fTR 圖 13 推挽變換器 如圖 13 所示，電路結(jié)構(gòu)簡單，變壓器鐵芯雙向磁化， 當一臺正激變換器不工作時，濾波電感能量可以通過另一臺正激變換器的二次側(cè)回路向負載釋放，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 稱性，否則容易引起直流偏磁導(dǎo)致鐵芯飽和。 5）全橋變換器 D 1D 2L fC fTS 3S 4S 2S 1RU i圖 15 全橋變換器 如圖 15 所示，鐵芯雙向磁化，利用率高，易采用軟開關(guān)工作方式。D2 導(dǎo)通， 磁化能量回饋電源 。 但雙管正激變換器存在缺點：通常 占空比小于 ，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。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。 ④ 輸入電流脈動頻率提高一倍，減小了輸入濾波器的體積， 從而進一步減小整機的體積 。然后又進一步 講述了交錯并聯(lián)雙管 正激變換器的工作原理及其優(yōu)缺點。這部分的工作主要 是為第三章功率電路各器件的設(shè)計選取提供依據(jù)。 Q 1Q 2Q 3Q 4D 1D 2D 3D 4T 1T 2D 5D 6D 7LCRV i 圖 21 交錯并聯(lián)雙管正激變換器 ① 輸 出電壓與輸入電壓的關(guān)系 2Vo DVi K? . . 其中 D 是單路占空比 ， K 是變壓器的變比 （ 文中出現(xiàn)的占空比都是指單路占空比 ） 。 變換器中變壓器的磁化過程 對于共用一個電感的交錯并聯(lián)雙管正激變 換器來說，其磁化曲線不象單路雙管正激變換器是第一象限單向磁化的， 而是 會運動到第三 象限。 . . t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5Vgs 1 . 2Vgs 3 . 4Vds 1 . 2VD 1 . 2VD 5ID 5VD 7ID 7圖 22 半導(dǎo)體器件的 電壓電流原理圖 在 t0 時 刻前， Q Q D D2 上電壓均為 （ 1/2） Vin， Q Q4 上電壓均為 Vin。 t1 時刻，勵磁電流為零， D D4 自然關(guān)斷。 Q Q2 承受的電壓為 Ui。并且主功率管關(guān)斷期間只承受電源電壓， 這樣就可以選用高速的 MOS 管， 從而減小輸出和輸入的濾波元件的體積。 【 10】 本章小結(jié) 本章首先分析雙管正激變換器穩(wěn)態(tài)工作原理 ，主要從兩 個方面展開 ： ①變換器輸入輸出的基本關(guān)系以及電路中各個器件的電壓電流應(yīng)力關(guān)系。由于交錯并聯(lián)雙管正激變換器的變壓器有個短暫的反向磁化的過程，這是單路雙管正激變換器的變壓器所沒有的一個過程，因此這里單獨對變壓器的磁化過程進行 了簡要的分析。 保護功能 ：輸入過壓保護、輸出過壓保護、原邊過流保護、后級保護、前級保護、輸出短路時具有限流功能 (故障消除時能恢復(fù)正常工作 )。在輸入電壓最低為 410VDC時，保證輸出電壓以達到 180V。 b、濾波電容 根據(jù)公式 4 SC Rf??? ?? （ 35） 其中 R 為 5? ， ?? ， Sf =50KHZ， 求 得 C=70uF。 開關(guān)頻率相對于輸出功率變化的頻率很高，在每個開關(guān)周期中， 電感電. . 流近似不變。 【 10】 根據(jù)控制要求， 采用如圖 31 所示的 3525 外圍電路及參數(shù)要求。 芯片加電后， 軟啟動端 P8 腳提供 50uA 的輸出電流， 把電容電壓從 0V緩慢充至 ， 對應(yīng)輸出占空比從 0 緩慢增至最大值， 設(shè)定軟啟動電容 l0uF。 端保護 當 Shutdowm 端電平高于 ，切斷芯片工作，沒有驅(qū)動信號輸出，. . 并給軟啟動端電容復(fù)位： 當 Shutdowm 端電平低于 時，重新軟啟動。 9 腳附近并接較小容量的解耦電容，濾除圖騰柱產(chǎn)生的諧波， 以免影響系統(tǒng)的正常工作。 無感電阻是采用無感繞法的低值電阻，盡管用法簡單， 但會造成明顯的附加壓降和損耗。引線相當于脈沖電流互感器的原邊， 匝數(shù)為 1 匝， 磁環(huán)如果繞了 N 匝， 則原副邊匝比為 1/N。正常時， LM31l 的輸出為高電平，當檢測到脈沖電壓的峰值超過基準電壓時，輸出低電平， 這個信號傳給后接的保護、鎖定電路進行過流保護。 3)為了提高 MOS 管的關(guān)斷耐壓和抑制干擾的能力， 開關(guān)管關(guān)斷時在其柵源間 加負電壓。由于隔直電容 C 的作用可以在關(guān)斷所驅(qū)動的管子時提供一個負壓，從而加速了功率管的關(guān)斷， 因此有較高的抗干擾能力。在 Buck 變換器的基礎(chǔ)上添加一個變壓器以實現(xiàn)電氣隔離和能量傳輸即可得到正激變換器。假設(shè)電感電流連續(xù)，則 Ton 時間內(nèi)，電感電流線性增加， L in odiL U Udt ?? （ 41） ccLdu uCidt R?? （ 42） T 時間內(nèi)，電感電流線性減小 L odiLUdt ?? （ 43） ccLdu uCidt R?? （ 44） . . 以 IL、 Vc 為狀態(tài)變量，分別列出 Ton、 Toff時間內(nèi)狀態(tài)方程表達式。12()y dC d C x?? （ 414） 式中 39。 39。39。1 2,A dA d A?? ， 39。 零點： . . 1121122ZZ wf RC???? （ 426） 221 3 3 1 3112 2 ( R R ) C 2ZZ wf RC? ? ?? ? ?? （ 427） 極點： 1 0Pf? (原點 ) 2233122PP wf RC???? （ 428） 332 1 2 221211222PPwf R C CRCCC???? ? ?? （ 429） 這里 R3R1， C2C1。 至此，補償網(wǎng)絡(luò)的零點和極點的位置可以確定。 根據(jù)式（ 435） ~（ 439），可 設(shè) R2=10K， 423 2 1 1 0 1407 1 .3 2 5RR AV ?? ? ? ? 1 41211 0 .0 1 92 2 3 .1 4 8 3 4 .7 1 1 0ZCufR?? ? ?? ? ? ? . . 2 443211 3202 2 3 .1 4 5 1 0 1 1 0PCpfR?? ? ?? ? ? ? ? 3 2311 0 . 0 2 22 2 3 . 1 4 1 6 6 9 1 4 0PCufR?? ? ?? ? ? 1 72311 8 . 62 2 3 . 1 4 8 3 4 . 7 2 . 2 1 0ZRKfC? ?? ? ?? ? ? ? 依據(jù)補償網(wǎng)絡(luò)和主電路可 以建立閉環(huán)電路拓撲如下： Q 1Q 2Q 3Q 4D 1D 2D 3D 4T 1T 2D 5D 6D 7LC RVrefRaRbQ 1 、 Q 2Q 3 、 Q 4ViRrC 2C 1 R 2C 3R 3R 1Rr圖 45 閉環(huán)電原理圖 本章小結(jié) ，并對其進行了分析，推導(dǎo)出了正激變換器的傳遞函數(shù)。這主要取決于兩個方面 ： 一是方針手段有限， 軟件反應(yīng)電路模型的能力有限及計算方法不是很完善 ； 二是仿真中的電路模型無法真實反映實際電路 。故由此可說明交錯并聯(lián)雙管正激變換器開環(huán)時的原理和參數(shù)的正確性。 圖 54 閉環(huán)仿真電路圖 . . 圖 55 閉環(huán)仿真負載電壓，電感電流波形 上半部分為輸出負載電壓波形，經(jīng)過 3ms 達到穩(wěn)定，下半部分為電感電流波形，經(jīng)過 2ms 達到穩(wěn)定。 . . 如 圖 59 所示 為閉環(huán)產(chǎn)生的 PWM 驅(qū)動脈沖 圖 58 閉環(huán)仿真驅(qū)動脈沖波形 圖 59 就是這兩路的觸發(fā) 脈沖，從上圖可明顯看出來，這兩路觸發(fā)脈沖是相互獨立，交替被觸發(fā)的，與設(shè) 計要求相符合。 圖 511 加入擾動后的輸出負載電壓波形 由圖 511 可以明顯發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)穩(wěn)定后，在 4ms 處加入擾動信號后，經(jīng)過 ，系統(tǒng)重新達到穩(wěn)定 狀態(tài)，從而證明本次設(shè)計的閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 . . 結(jié)論 本次設(shè)計的題目是單端正激變換器交錯并聯(lián)技術(shù) ，通過對其技術(shù)指標 的分析， 選擇了適合高壓輸入、大功率輸出的高效率 DC/DC 拓撲 — 交錯并聯(lián)雙管正激變換器。這樣開關(guān)管的導(dǎo)通損耗，磁性元件的內(nèi)阻造成的損耗，二極管的導(dǎo)通損耗， 輸出濾波電容的等效串聯(lián)電阻上的損耗等等各種損耗都不大。由于本人知識水平有限 ,設(shè)計中肯定還存在一些欠缺 ,還望老師多多指正 。感謝他們在我多年求學(xué)生涯中承受了各種的壓力，付出了最真摯的愛。近 20 年來，集成開關(guān)電源沿兩個方向發(fā)展。 1994 年，美國電源集成公司 (Power Integrations)在世界上率先研制成功三端隔離式PWM 型單片開關(guān)電源，其屬于 AC/DC 電源變換器。單片開關(guān)電源自問世以來便顯示出強大的生命力，其作為一項頗具發(fā)展前景和影響力的新產(chǎn)品，引起了國內(nèi)外電源界的普遍關(guān)注。但是，隨著國內(nèi)技術(shù)的進步和生產(chǎn)規(guī)模的擴大，進口中小功率模塊電源正在快速被國產(chǎn) DC/DC 產(chǎn)品所代替。在開關(guān)電源中，正激式和反激式有電路拓撲結(jié)構(gòu)簡單，輸入 輸出電氣隔離等優(yōu)點， 廣泛應(yīng)用于中小功率電源變換場合。 并 基于 UC3823的特性設(shè)計 PI 控制閉環(huán)系統(tǒng)，給出控制參數(shù)的設(shè)計過程 , 仿真驗證控制系統(tǒng)的性能。在同樣開關(guān)頻率下，輸出濾波電感上電壓的頻率提高了一倍，這樣減小了輸出濾波電感的體積，輸入電流脈動頻率提高一倍，減小了輸入濾波器的體積，從而進一步減小整機的體積。 Pspice 仿真軟件進行電路的閉環(huán)仿真 把電路中的 輸入與輸