【正文】 C converter reverse current pulse block prebias 目錄 摘要 ⅡAbstract 3第一章 緒論 5 直流變換器國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 5 開關(guān)電源發(fā)展趨勢 6第二章 PSPICE仿真平臺(tái) 7 PSPICE發(fā)展與優(yōu)勢 7 8第三章 DCDC變換器基本原理 10 DCDC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng) 10 boost型DCDC轉(zhuǎn)換器 10 buck 型DCDC轉(zhuǎn)換器 11 buck/boost型DCDC轉(zhuǎn)換器 12 電源控制技術(shù) 13 軟開關(guān)技術(shù) 14 準(zhǔn)諧振電路 18 零開關(guān)PWM 20 變換器開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路 23 驅(qū)動(dòng)電路要求 23 23第四章 變換器開機(jī)問題解決方法研究 30 預(yù)偏置時(shí)DC變換器出現(xiàn)的反向電流問題 30 預(yù)偏置時(shí)輸出電流理論分析 31 預(yù)偏置開機(jī)問題的PSpice 軟件模擬 32 33 添加簡單脈沖阻止電路 34 添加改進(jìn)的脈沖阻止電路 35第五章 結(jié)論 38致謝 39參考文獻(xiàn) 40 第一章 緒論 直流變換器國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r直流直流變換器是直流電源二次側(cè)核心部分，我國的直流電源技術(shù)研究，從理論到實(shí)驗(yàn)、仿真，與世界水平比較是不低的，在一些方面還常有突破，但是在產(chǎn)品方面，結(jié)構(gòu)和工藝的差距就明顯了。電源的高效率、低功耗、小體積、高可靠性已經(jīng)成為大勢所趨，在這種情況下，對(duì)電子產(chǎn)品電源安全性能的考慮是必要的。而那些中小企業(yè)或者被兼并或者自然淘汰。近20年來，集成開關(guān)電源沿兩個(gè)方向發(fā)展。目前，單片直流開關(guān)電源已形成了幾十個(gè)系列、數(shù)百種產(chǎn)品。一、小型化、薄型化、輕量化、高頻化———開關(guān)電源的體積、重量主要是由儲(chǔ)能元件（磁性元件和電容）決定的，因此開關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡可能減小其中儲(chǔ)能元件的體積；在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感及變壓器的尺寸，而且還能夠抑制干擾，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲。采用了高頻變壓器和控制集成電路的開關(guān)電源更具有效率高、輸出穩(wěn)定、可靠性高等特性，是今后電源的發(fā)展趨勢。與此同時(shí)，各種以SPICE為核心的商用模擬電路仿真軟件，在SPICE的基礎(chǔ)上做了大量實(shí)用化工作，從而使SPICE成為最為流行的電子電路仿真軟件。用戶根據(jù)要求來設(shè)置不同的參數(shù)，分析電路的頻率響應(yīng)，測試電路的瞬態(tài)響應(yīng)，還可以對(duì)電路進(jìn)行交直流分析、噪聲分析、最壞情況分析等，使用戶的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)效果。在電路系統(tǒng)仿真方面，PSPICE可以說獨(dú)具特色，是其他軟件無法比擬的，它是一個(gè)多功能的電路模擬試驗(yàn)平臺(tái)，PSPICE軟件由于收斂性好，適于做系統(tǒng)及電路級(jí)仿真，具有快速、準(zhǔn)確的仿真能力。（1） 直流分析非線性直流分析功能簡稱直流分析。與直流掃描分析相類似的還有溫度分析。（3）交流分析線性小信號(hào)交流分析簡稱為交流分析。（4） 靈敏度分析靈敏度分析包括直流靈敏度分析和蒙特卡羅分析兩種。VT的占空比Dy必須小于1。開關(guān)管VT和續(xù)流二極管D的電壓定額為 (9)開關(guān)管VT和續(xù)流二極管VD的電流定額為 (10)濾波電感的計(jì)算，由 (11)得濾波電感量為 (12)當(dāng)=，L最大。即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值)。如果把上述脈沖列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積(沖量)相等，就得到PWM波形。存在以下缺點(diǎn)：負(fù)載調(diào)整范圍窄，濾波成本高[5]。將負(fù)載端反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電平，在時(shí)鐘上升沿檢測該反饋信號(hào)電平?jīng)Q定是否在該時(shí)鐘周期內(nèi)工作，調(diào)節(jié)開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，從而穩(wěn)定輸出電壓。 圖9 軟開關(guān)降壓型電路圖 其特點(diǎn)：軟開關(guān)電路中增加了諧振電感Lr和諧振電容Cr，與濾波電感L、電容C相比，Lr和Cr的值小得多，同時(shí)開關(guān)S增加了反并聯(lián)二極管，而硬開關(guān)電路中不需要這個(gè)二極管。當(dāng)VCr上升到輸入電壓Uin時(shí)，二極管D兩端的電壓UD下降到零，D導(dǎo)通，這個(gè)階段結(jié)束。一個(gè)周期結(jié)束。 t1t2階段，t1時(shí)刻，iLr上升到輸出電流Io，二極管D截止，電感Lr和電容Cr開始諧振，通過開關(guān)管Q1上的電流iLr近似為正弦波，加在二極管VD上的電壓和諧振電容上的電壓一樣，也是正弦波，其峰值達(dá)到兩倍的輸入電壓。調(diào)節(jié)這個(gè)時(shí)間段長度可調(diào)節(jié)輸出電壓，這種調(diào)節(jié)方式是調(diào)節(jié)開關(guān)周期實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，也就是調(diào)頻調(diào)壓。零電流開關(guān)PWM：下圖為零電流PWM轉(zhuǎn)換器電路圖圖19 零電流PWM轉(zhuǎn)換器其中，VT1為主開關(guān)管，VT2為輔助開關(guān)管，VDT1和 VDT2分別為與主開關(guān)管與輔助開關(guān)管反并聯(lián)的場效應(yīng)管的體內(nèi)二極管，Lr與 Cr分別為諧振電感與諧振電容。（4）關(guān)斷期間驅(qū)動(dòng)電路最好能提供一定的負(fù)電壓避免受到干擾產(chǎn)生誤導(dǎo)通。常用的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)斷回路阻抗小,關(guān)斷速度較快,但它不能提供負(fù)壓,故其抗干擾性較差。在該電路中的兩個(gè)MOSFET中,上管的發(fā)熱情況要比下管較輕,其工作原理同上面分析的驅(qū)動(dòng)電路 (2) 隔離的驅(qū)動(dòng)電路(a) (b) （a）正激式驅(qū)動(dòng)電路 （b）等值電路 圖23 正激式驅(qū)動(dòng)電路（a） （b） （a） 去磁繞組導(dǎo)通 （b）去磁繞組不導(dǎo)通 圖24 正激式驅(qū)動(dòng)電路工作波形a. 正激式驅(qū)動(dòng)電路 電路原理圖如圖23(a)所示,N3為去磁繞組,S2為所驅(qū)動(dòng)的功率管。由仿真及分析可知,占空比D越小、R1越大、L越大,磁化電流越小,U1值越小,關(guān)斷速度越慢。表1不同占空比時(shí)toff的變化情況占空比toff(微秒） （a） (b) （a）D （b） D 圖26 有隔離變壓器的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)b. 有隔離變壓器的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路 如圖26(a)所示,VV2為互補(bǔ)工作,電容C起隔離直流的作用,T1為高頻、高磁率的磁環(huán)或磁罐。（a） (b) （a）D (b)D 圖27 有隔離變壓器的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)波形 但該電路所存在的一個(gè)較大缺點(diǎn)是輸出電壓的幅值會(huì)隨著占空比的變化而變化。此外，也會(huì)造成輸出電壓跌落過大而導(dǎo)致負(fù)載電路不能保持正常運(yùn)行。 預(yù)偏置開機(jī)問題的PSpice 軟件模擬buck變換器的PSPICE環(huán)境下的仿真電路如圖30所示。曲線總體趨勢為下降，與圖29所示理論曲線相吻合。 添加改進(jìn)的脈沖阻止電路 雖然添加簡單脈沖阻止電路可以有效遏制反向電流循環(huán)增大，然而被遏制的輸出電流仍然處在安培級(jí)，對(duì)于很多負(fù)載來說，電流仍然太大，所以在脈沖阻止電路的基礎(chǔ)上，要使輸出電流幅值變小到負(fù)載的安全電流。 本文是在掌握開關(guān)電源基本原理的基礎(chǔ)上，對(duì)開關(guān)電源實(shí)際供電過程中，輸出有預(yù)偏置電壓時(shí)出現(xiàn)反向電流這一現(xiàn)象進(jìn)行分析與探索，通過分析發(fā)現(xiàn)，在開關(guān)電源主電路設(shè)置有軟啟動(dòng)時(shí)，開機(jī)階段，變換器占空比非常小，導(dǎo)致預(yù)偏置電壓相對(duì)較大，從而產(chǎn)生了反向電流且逐漸增大，本文通過增設(shè)脈沖阻止電路，在檢測到輸出有反向電流時(shí)，阻止續(xù)流開關(guān)管的導(dǎo)通信號(hào)傳至續(xù)流開關(guān)管，從而限制了反向電流的幅度。 Hibi, K.。 致謝歷時(shí)將近三個(gè)月的時(shí)間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師，他對(duì)我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助我進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)，在此向程老師表示衷心的感謝！對(duì)曾經(jīng)幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最衷心的感謝！本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。采用圖37所示的改進(jìn)電路后，靈敏度顯著提高，輸出反向電流值很小時(shí)，電路就可以檢測到，繼而在阻斷開關(guān)管柵源極間加上關(guān)斷電壓，關(guān)斷阻斷開關(guān)管Q3，使續(xù)流開關(guān)管Q2的導(dǎo)通脈沖無法傳遞至續(xù)流開關(guān)管，從而阻止了續(xù)流開關(guān)管的導(dǎo)通，破壞反向電流循環(huán)增大的回路，使預(yù)偏置電壓無法持續(xù)放電，有效降低了反向電流的幅值，如下圖所示。其示意圖如圖34所示： 直流直流變換器 脈沖阻止電路 圖34 脈沖阻止電路示意圖 添加簡單脈沖阻止電路 圖35所示電路為添加了簡單脈沖阻止電路的BUCK變換器電路圖。如圖32所示，續(xù)流開關(guān)管Q2的驅(qū)動(dòng)脈沖占空比較大，每個(gè)周期內(nèi)大部分處于導(dǎo)通狀態(tài)。因?yàn)閱?dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓占空比很小，一個(gè)周期內(nèi)，低電平持續(xù)的時(shí)間比高電平持續(xù)的時(shí)間多的多， 導(dǎo)致一個(gè)周期結(jié)束，即下一次Q1導(dǎo)通，Q2關(guān)斷時(shí)，電流IL為負(fù)值，然后在Q1導(dǎo)通、Q2關(guān)斷整個(gè)階段，輸入電壓經(jīng)過Q1和電感L放電，電流有恢復(fù)正向流動(dòng)的趨勢，IL反向電流減小。第4章 變換器開機(jī)問題解決方法研究 預(yù)偏置時(shí)DC變換器出現(xiàn)的反向電流問題 隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，低壓、大電流的DSP、微處理器等大規(guī)模集成芯片越來越多的應(yīng)用到各個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，導(dǎo)致： 能大大提高DC/DC開關(guān)電源的效率和熱性能的同步整流器已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到各種DC/DC開關(guān)電源中。該電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：①電路結(jié)構(gòu)較簡單可靠,具有電氣隔離作用。該電路存在的缺點(diǎn)：一是由于隔離變壓器副邊需要一個(gè)假負(fù)載防震蕩,故該電路損