【正文】 這兩個(gè)方波信號(hào)從 OUTA(pin 14)和 OUTB(pin 13)輸出，并與振蕩時(shí)鐘信號(hào)同步，延時(shí)電路為這兩個(gè)方波信號(hào)設(shè)置死區(qū)。在 RAMP 與 PWM 比較器的輸入端之間有一個(gè) 的偏置，因此適當(dāng)?shù)剡x擇 RSlOPE 和 CRAM 的值，就能使誤差放大器的輸出電壓不超過(guò)鋸齒波的幅值，從而實(shí)現(xiàn)最大占空比限制。 (1)工作電源 UC3875 工作電源分為兩個(gè)： Vin(pin 11)和 Vcc(pin 10)，其中 Vin 供給內(nèi)部邏輯電路用，它對(duì)應(yīng)于信號(hào)地 GND(pin20)， Vcc 供給輸出級(jí)用，它對(duì)應(yīng)于電源地 PWR GND(pin 12)。最簡(jiǎn)單的用法是：具有不同振蕩頻率的多個(gè) UC3875 可通過(guò)連接其同步端，使它們同步工作于最高頻率。 管腳 11 為芯片供電電源端，該引腳提供芯片內(nèi)部數(shù)字、模擬電路部分的電源，接于 12V 穩(wěn)壓電源。 管腳 4 為誤差放大器的同相輸入端，該引腳與基準(zhǔn)電壓相連，以檢測(cè)第 4 章 移相全橋 DCDC 變換器控制電路設(shè)計(jì)與閉環(huán)仿真 31 E/A（－）端的輸出電源電壓。 圖 41 UC3875芯片的管腳示意圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 42 UC3875芯片內(nèi)部原理框圖 UC3875 的管腳功能 UC3875有 20腳和 28腳兩種，這里僅介紹 20腳的 UC3875的管腳功能。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 第 4章 移相 全橋 DCDC變換器 控制電路設(shè)計(jì)與閉環(huán) 仿真 控制電路的設(shè)計(jì) (1)振蕩器頻率的設(shè)定 UC3875 芯片內(nèi)部高頻振蕩器的振蕩頻率取決于接在該腳和信號(hào)地之間的電阻和電容值 ,即 F E R Q SE TF R E Q SE T CRf ??4 (51) 而開(kāi)關(guān)管頻率為 20kHz,又振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò) D 觸發(fā)器 2 分頻后，從 D 觸發(fā)器輸出端的到方波信號(hào)以驅(qū)動(dòng) MOSFET，故 f 為 40kHz。 開(kāi)環(huán) 仿真電路的建立 在 simulink 窗口中建立如圖 31 所示的仿真電路圖 。 主電路仿真分析 MATLAB簡(jiǎn)介 MATLAB 是一種科學(xué)計(jì)算軟件。 因?yàn)?2 onsTD T? ，一般 ? ，若 取 ? 。最后對(duì)建立了變換器的小信號(hào)模型，為設(shè)計(jì)其控制電路提供了依據(jù)。 (3) 輸入電壓擾動(dòng) ^inV 對(duì) offD 的影響 ^vd ? ?? ?^^2^21 22214o lkL inino dL ininD V T nLd I VL V TD V T RIVL nV T???? ? ????????? ? ????? (223) 當(dāng) ? ?1 4 oLD V T IL?時(shí)，則有 ^^2d inL inRd I VnV?? (224) 把上述結(jié)果加到 BUCK 變換器的平均小信號(hào)電路模型中，也就是通過(guò)用 offd 的總的變化 ^offd 來(lái)代替在 BUCK 變換器小信號(hào)模型的 ^d 從而獲得移相全橋 ZVS 變換器的小信號(hào)模型。因?yàn)檫@種變換器具有 12 種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此列寫(xiě)狀態(tài)空間方程式是一個(gè)非常復(fù)雜的工作。由于原邊電流還不足以提供負(fù)載電流，負(fù)載電流還是由兩個(gè)整流管提供回路，因此原邊電流還是為零，加在諧振電感兩端電壓是電源電壓 inV ，原邊電流反向增加。由電路結(jié)構(gòu)可得： 4prCdiLudt ?? (29) 4log 12C pduCidt ? (210) 即： 2log 22 prpdiL C idt ?? (211) 令log12CrL?? ，解得： ? ?22cospi I t t??? (212) 4 22lo g s in ( )2rC Lu I t tC ??? (213) 令log2rp LZ C? ，則有： 4 22si n ( )Cpu Z I t t??? (214) 2 22si n ( )C in pu V Z I t t?? ? ? (215) 在 3t 時(shí)刻， 4Q 電壓上升至 inV ， 2C 電壓下降到零， 2D 自然導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)管2Q 和 4Q 的導(dǎo)通延遲時(shí)間 t4： 121 sin indpVt ZI? ? ??? ???? (216) 第 2 章 移相全橋 DCDC 變換器的工作原理 17 (5) 開(kāi)關(guān)模態(tài) 4， 34[ , ]tt 在 3t 時(shí)刻， 2D 自然導(dǎo)通，將 2Q 的電壓箝在零位，此時(shí)開(kāi)通 2Q ， 2Q 是零電壓開(kāi)通。 2t 時(shí)刻，原邊電流下降到 2I 。原副邊的電流回路如圖 28所示。在分析之前，做出如下假設(shè)：所有開(kāi)關(guān)管，二極管為理想器件，所有電容，電感和變壓器為理想元件。這種控制策略是本次設(shè)計(jì)采用的控制方式，如圖 26。 第二種控制策略 ―有限雙極性控制 ‖，有兩種情況： 第一種情況是兩只對(duì)角開(kāi)關(guān)管同時(shí)開(kāi)通，但不同時(shí)關(guān)斷 .這種情形下，其中一個(gè)管子的導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)度仍由 ，但另一只管子卻推遲關(guān)斷時(shí)間，最多可以到接近 。 inV1gV2gV3gV4gV1Q2Q3Q4Q1C2C3C4C1D3D2D4DlkLT 5D6DfLfC0R圖 21 基本電 路結(jié)構(gòu) 圖 ， inV 是直流輸入電壓； 1Q ~ 4Q 是四個(gè)主功率開(kāi)關(guān)管； 1gV ~ 4gV分別是 1Q ~ 4Q 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 1D ~ 4D 和 1C ~ 4C 分別是 1Q ~ 4Q 的反并聯(lián)二極管和并聯(lián)電容； lkL 是變壓器原邊串聯(lián)的諧振電感，包括變壓器的漏感； bC 是第 2 章 移相全橋 DCDC 變換器的工作原理 7 變壓器 原邊 的 隔直電容，用以防止變壓器直流偏磁現(xiàn)象發(fā)生； T為高頻變壓器； 5D 、 6D 是 變壓器 副邊 的 整流二極管； fL 和fC分別是輸出濾波電感和濾波電容； 0R 是負(fù)載。 ⑥ 廣義軟開(kāi)關(guān) PWM變換器。為了解決這些問(wèn)題，零轉(zhuǎn)換 PWM變換器被提出。這類變換器需要采用頻率調(diào)制控制方法。該類變換器實(shí)際上是負(fù)載諧振型變換器，按照諧振元件的諧振方式，分為串聯(lián)諧振變換器 (Series resonant converters， SRCs)和并聯(lián)諧振變換器 (Parallel resonant converters， PRCs)兩類。 軟開(kāi)關(guān)直流變換器的發(fā)展 高頻化、小型化、輕量化是現(xiàn)代開(kāi)關(guān)變換器的發(fā)展趨勢(shì)。單管的有正激 (Forward)和反激 (Fly back)變換器兩種。按轉(zhuǎn)換前后電能的種類，開(kāi)關(guān)變換器可分為四類： (1)直流變換器 (DCDC），將一種直流電能 轉(zhuǎn)換為另一種或是多種直流電能的變換器，是直流開(kāi)關(guān)電源的主要部件； (2)逆變器 (DCAC），將直流電能變換為交流電能的電能變換器，是交流開(kāi)關(guān)電源和不間斷 電源的主要部件 ； (3)整流器 (ACDC)，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電能變換器 ； (4)交交變頻器 (ACAC)，將一種頻率的交流電轉(zhuǎn)換為另一種頻率可變的交流電，或是將一種頻率可變的交流電轉(zhuǎn)換成某一種頻率的交流電的電能變換器。 Softswitching 。該變換器 輸入電壓為 200~300VDC，輸出電壓為177。 (1) DC/DC變換器主電路工作原理的分析和參數(shù)設(shè)計(jì)，利用仿真工具優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)；主電路功率器件實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。 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 將 200V~300V 的直流電變換為 177。 參 考 資 料 電力電子技術(shù)（第四版） IEEE transactions on Power Electronics IEEE transactions on Industry Application 電工技術(shù)學(xué)報(bào)、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)、電力電子技術(shù)、電氣傳動(dòng)等 周 次 1—4 周 5—8 周 9—12 周 13—16 周 17—18 周 應(yīng) 完 成 的 內(nèi) 容 查閱資料，學(xué)習(xí)理論知識(shí)。 本文基本上達(dá)到了任務(wù)書(shū)要求。其中太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展較快。在這六種單管變換器中， Buck 和 Boost 變換器是最基礎(chǔ)的，另外四種是從其中派生燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 的 。 90年代中期出現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)能使得開(kāi)關(guān)電壓和電流波形不交疊，大大降低了開(kāi)關(guān)損耗，較好地解決了這個(gè)矛盾。近幾十年來(lái)，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)已得到很大的發(fā)展，而且一直是開(kāi)關(guān)變換器的主要研究方向之一。這類變換器的特點(diǎn)是諧振元器件參與能量變換的某一個(gè)階段，不是全程參與。該類變換器是在 QRCs的基礎(chǔ)上，加入一個(gè) 輔助開(kāi)關(guān)管，來(lái)控制諧振元件的諧振過(guò)程，實(shí)現(xiàn)恒定頻率控制，即實(shí)現(xiàn) PWM控制。在開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管上并聯(lián)鉗位電路，可以抑制開(kāi)關(guān)管上的電壓應(yīng)力。 移相全橋電路作為目前應(yīng)用最廣泛的軟開(kāi)關(guān)電路之一，它的特點(diǎn)是電路很簡(jiǎn)單，同硬開(kāi)關(guān)相比，并沒(méi)有 在開(kāi)關(guān)管上 增加輔助開(kāi)關(guān)等原件，而是僅僅增加了一個(gè)諧振電感，就是電路中四個(gè)開(kāi)關(guān)期間都在零電壓的條件下開(kāi)通。兩只對(duì)角開(kāi)關(guān)管開(kāi)通、關(guān)斷同時(shí)進(jìn)行，開(kāi)通時(shí)間長(zhǎng)度為小于 (D燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 為占空比， T為開(kāi)關(guān)周期 )。 第三種控制策略是 ―移相控制 ‖?；パa(bǔ)導(dǎo)通，兩 組 橋臂之間的導(dǎo)通角相差一個(gè)相位，即移相角，通過(guò)調(diào)節(jié)移相角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。 在此時(shí)間段內(nèi)： 第 2 章 移相全橋 DCDC 變換器的工作原理 15 ? ? ? ?2() plk f in C bd i tL n L V v tdt? ? ? (21) 可得： ? ? 12in op rfV nVi t t IL n L???? (22) 由于 2lk fL n L n為變壓器原副邊匝數(shù)之比，上式可以簡(jiǎn)化為： ? ? 12in op fV nVi t t InL??? (23) (2)開(kāi)關(guān)模態(tài) 1， 01[ , ]tt 在 0t 時(shí)刻關(guān)斷 1Q ，原邊電流從 1Q 中轉(zhuǎn)移到 1C 和 3C 支路中，給 1C 充電，同時(shí) 3C 放電。由于是在 3D 導(dǎo)通時(shí)開(kāi)通 3Q ，所以 3Q 是零電壓開(kāi)通。這段時(shí)間里實(shí)際上諧振電感和 2C 、 4C 在諧振工作。從而結(jié)束這一時(shí)間段。在 6t 時(shí)刻， 3Q 關(guān)斷，移相全橋變換器開(kāi)始另半個(gè)周期的工作，其工作過(guò)程類似于上述的半個(gè)周期。 下面通過(guò)式 (219)來(lái)分析對(duì)offD產(chǎn)生影響的因素。 (1)輸出濾波器的傳遞函數(shù)為： 211oH Ls LC s R? ?? (225) 設(shè) 2 1Lf s LC s R? ? ? ?， 則輸出濾波器的輸入阻抗為： 1f RfZ sRC?? ? (226) 輸出濾波器的輸出阻抗為： n sLZ f?? (227) (2)控制 d 對(duì)輸出電壓 oV 的傳遞函數(shù) vdG ： 當(dāng)不考慮輸入電壓變化量 ^inV 時(shí)，即 ^ 0inV ? 時(shí)， ^ ^ ^ino ioV nV d d H???????? (228) 則由公式 （ 225） 可導(dǎo)出： 第 2 章 移相全橋 DCDC 變換器的工作原理 21 ? ? ? ?^^^ 20()/1ino invdVnVVsGss L C sL Rds ??? ?? (229) 上式即為移相全當(dāng)橋 ZVS 變換器的輸出電壓對(duì)輸入占空 比的傳遞函數(shù)。425V， Po=10000W， ? =90%， fs=20kHz， 輸出電壓穩(wěn)定度： 177。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 (3)輸出濾波電容 輸出濾波電容的容量與電源對(duì)輸出電壓峰峰值oppV?的要求有關(guān)，可有下式來(lái)計(jì)算輸出濾波電容的電容量fC 61 7 .3 1 08fLsCFRf??