【正文】 控制策略。如果每個開關(guān)管的導(dǎo)通時間都能達到 ，就是 ―移相控制方式 ‖。 第 2 章 移相全橋 DCDC 變換器的工作原理 11 inV1gV2gV3gV4gV1Q2Q3Q4Q1C2C3C4C1D 3D2D 4DlkLT 5D6DfLfC 0R 圖 27 開關(guān)模態(tài) 0時的工作狀態(tài) in1gV2gV3gV4gV1Q23Q4Q1C2C3C4C1D 3D2D4DlkLT 5DfLfC 0R 圖 28 開關(guān)模態(tài) 1時的工作狀態(tài) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 inV1gV2gV3gV4gV1Q2Q3Q4Q1C2C3C4C1D 3D2D4DlkLT 5D6DfLfC 0R 圖 29開關(guān)模態(tài) 2時的工作狀態(tài) inV1gV2gV3gV4gV1Q2Q3Q4Q1C2C3C4C1D 3D2D4DlkLT 5DfLfC 0R 圖 210開關(guān)模態(tài) 3時的工作狀態(tài) 第 2 章 移相全橋 DCDC 變換器的工作原理 13 inV1gV2gV3gV4gV1Q2Q3Q4Q1C2C3C4C1D 3D2D4DlkLT 5D6DfLfC 0R 圖 211 開關(guān)模態(tài) 4時的工作狀態(tài) inV1gV2gV3gV4gV1Q2Q3Q4Q1C2C3C4C1D 3D2D4DlkLT 5D6DfLfC 0R 圖 212 開關(guān)模態(tài) 5時的工作狀態(tài) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 inV1gV2gV3gV4gV1Q2Q3Q4Q1C2C3C4C1D 3D2D4DlkLT 5D6DfLfC 0R 圖 213開關(guān)模態(tài) 6時的工作狀態(tài) 在一個開關(guān)周期中，移相控制 ZVS PWM DC/DC全橋變換器有 12種開關(guān)狀態(tài)。這段時間內(nèi)諧振電感和濾波電感是串聯(lián)的，而且很大，因此可以認為原邊電流近似不變，類似一個恒流源。在這段時間里，原邊等于折算得到副邊的濾波電感燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 電流。原副邊的電流回路如圖 210所示： 這段時間里實際上諧振電感 lkL 和 2C 、 4C 在諧振工作。 (6) 開關(guān)模態(tài) 5， 45[ , ]tt 原邊電流由正值過零，并且向負方向增加，此時 2Q ， 3Q 為原邊電流提供通路。 一般建立 DC/ DC 變換器的小信號模型的方法是狀態(tài)空間平均法，但對燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 于移相全橋 PWM DC/DC 變換器來說，用狀態(tài)空間平均法建模是一項十分復(fù)雜的工作。 (2) 濾波電感電流擾動 ^Li 對 offD 的影響 ^id ^^d Li inRdinV?? (222) 這里 24d lk sR n L f? ，負號表示在原邊占空比保持不變的情況下，如果濾波電感電流增加， offd 將減小，從而降低輸出電壓，這種影響等效于一個電流負反饋作用。 變換器負載的傳遞函數(shù)為 1() 1/okZs sC R? ? (231) 本章首先介紹了移相全橋變換器的基本拓撲結(jié)構(gòu)和控制策略，并分析了其實現(xiàn)軟開關(guān)的工作過程。為了在任意輸出電壓時能夠輸出所要求的電壓 ，變壓器的變比應(yīng)按最低輸入電壓 Vin(min)選擇。 (4)開關(guān)管的選擇 MOSFET 選用 IRF450， Vdss=500V,Cds=300pF。通過電力電子電路和電機控制系統(tǒng)的仿真，不僅展示了 MATLAB/SIMULINK 的強大功能，并且可以有效的學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)仿真的方法和技巧，研究電路和系統(tǒng)的原理和性能。 并且 這種設(shè)計只是針對輸入電壓恒定的情況，本課題要求輸入為200~300V,所以 有必要對系統(tǒng)進行校正，采取 閉環(huán) 控制以實現(xiàn) 穩(wěn)壓 輸出 。 Unitrode 公司的 UC3875 芯片，它有 4 個獨立的輸出驅(qū)動端可以直接驅(qū)動四只功率 MOSFET 管，其中 OUTA 和 OUTB 相位相反， OUTC 和 OUTD第 4 章 移相全橋 DCDC 變換器控制電路設(shè)計與閉環(huán)仿真 29 相位相反，而 OUTC 和 OUTD 相對于 OUTA 和 OUTB 的相位 θ 是可調(diào)的，也正是通過調(diào)節(jié) θ 的大小來進行 PWM 控制的。 管腳 3 為誤差放大器的反相輸入端，該引腳通常利用分壓電阻檢 測輸出電源電壓。該引腳應(yīng)接一個旁路電容到電源地。 管腳 16 為頻率設(shè)置端，該腳與地之間通過一個電阻和電容來設(shè)置振蕩頻率，具體計算公式為： F R E Q SE TF R E Q SE T CRf ??4 管腳 17 為時鐘 /同步端，作為輸出，提供時鐘信號；作為輸 入，該腳提供一個同步點。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。 RAMP 是 PWM 比較器的一個輸入端，其另一輸入端是誤差放大器的輸出端?；パa的方波信號。 PWM 比較器將鋸齒波和誤差放大器的信號比較后，輸出一個方波信號，這個信號經(jīng)邏輯運算后從 OUT C(pin 9)和 OUT D(pin 8)輸出兩個 180176。 (5)誤差放大器和軟起動 誤差放大器實際上是一個運算放大器，在電壓型調(diào)節(jié)方式中，其同相端 E/A+(pin 4)一般接基準電壓，反相端 E/A(pin 3)一般接輸出反饋電壓。 Vin 設(shè)有欠壓鎖定輸出功能 (簡稱 UVLO)，其門檻電壓為 10． 75V，當(dāng)電壓低于門檻電壓，輸出級全部被封鎖，當(dāng) Vin 電壓高于門檻電壓，輸出級才會開啟。該腳也可使其同步工作于外部燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 時鐘頻率，但外部時鐘頻率需大于芯片的時鐘頻率。 為保證芯片正常工作，在該引腳電壓低于欠壓鎖定閾值（ ）時停止工作。 管腳 5 為電流檢測端，該引腳為電流故障比較器的同相輸入端，其基準設(shè)置為內(nèi)部固定 （由 VREF 分壓）。 UC3875 各個管腳的使用說明 管腳 1 可輸出精確的 5V 基準電壓，其電流可以達到 60mA?？稍O(shè) FREQSETR 為 5kΩ， FREQSETC 為 。 雖然變換器最終實現(xiàn)了雙極性輸出，但是我們可以將其變壓器副邊的全橋整流視為兩個全波整流器的并聯(lián)，只 觀察和分析 其中一 路 輸出的情況就能的到兩 路 輸出 的全部信第 3 章 移相全橋 DCDC 變換器的主電路設(shè)計與開環(huán)仿真 25 息。 MATLAB 是 Matrix Laboratory (矩陣實驗室 )的縮寫，這是一種以矩陣為基礎(chǔ)的交互式程序計算語言。 整流二極管兩端壓降為 ，濾波電感兩端壓降為 。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 第 3章 移相 全橋 DCDC變換器的 主電路 設(shè)計 與開環(huán)仿真 主電路拓撲選擇 主電路拓撲選擇副邊利用簡單輔助電路的箝位的 FBZVZCSPWM變換器變壓器副邊接為雙極性輸出，兩路輸出的工作情況相似，一般只分析一路的情況。 ^ ^ ^ ^off vid d d d? ? ? (225) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 ^id , ^vd 的作用由兩個受控源來表示， ^d 的作用由兩個獨立源來表示。 根據(jù)移相全橋 PWM DC/DC 變換器源于 BUCK 變換器的事實，從電路工作的描述中可以看出變壓器副邊的有效占空比 ^off off offd D d??，不僅依靠變壓器原邊電壓的占空比 d 而且依靠輸出濾波電感電流 Li ，漏感 lkL ，輸入電壓 inV 和開關(guān) 頻率 sf ，所以移相全橋變換器小信號傳遞函數(shù)也將取決于漏感 lkL ，開關(guān)頻率 sf ，濾波電感電流擾動 ^Li ，輸入電壓擾動 ^inV ，與變壓器原邊占空比擾動 ^d 等因素。原副邊的電流回路如圖 212所示。雖然此時 2Q 已經(jīng)開通，但 2Q 不流過電流，原邊電流從 2D 流通。 (4) 開關(guān)模態(tài) 3， 23[ , ]tt 2t 時關(guān)斷 4Q 。此時對電路有： 12c pdVC i Idt ?? (24) 即： 1 () 2pC IV t tC? (25) 1 () 2pC in IV t V tC?? (26) 在 1t 時刻， 1C 的電壓上升到 inV ， 3C 的電壓下降到零， 3Q 的反并聯(lián)二極管 3D 自然導(dǎo)通。 各開關(guān)狀態(tài)的工作情況描述如下： (1) 開關(guān)模態(tài) 0 在 0t 時刻之前，開關(guān)管 1Q 和 4Q 維持導(dǎo)通， 2Q 和 3Q 截止，相當(dāng)于電源電壓直接加在變壓器原邊對其進行充電，電網(wǎng)的能量不斷轉(zhuǎn)化為磁能儲存于電感線圈和送到負載，表現(xiàn)為原副邊電流的不斷增大。 與常規(guī)的 PWM變換器相比，移相全橋 PWM變換器具有很明顯的優(yōu)勢，主要特點是利用變壓器漏感及開關(guān)管結(jié)電容諧振，在不增加額外元器件的情況下，通過移相控制方式，使功率開關(guān)管實現(xiàn)了零電壓導(dǎo)通和關(guān)斷 ，減小了開關(guān)損耗，保持了恒頻控制。這就是所謂的 ―有限雙極性控制 ‖的其中一類情況，可能的實 現(xiàn)方式有兩種，如圖 24所示。 I 1ttttt I 1LiCbVCbV CbV?abLVi 1gV 1gV4g 4g2gV 3gV 圖 22 主要電量波形圖 DCDC變換器的控制策略 全橋 DCDC變換器的控制策略共有三種，現(xiàn)簡述如下： 全橋變換器為了得到輸出端的脈寬調(diào)制電壓，實際上只需在變壓器副邊得到一個交流方波電壓。它利用吸收網(wǎng)絡(luò)以減小開關(guān)損耗， ―軟化 開關(guān)過程，可降低 du/dt或 di/dt，使開關(guān)管電壓和電流在開關(guān)過程中交疊的面積減小，大幅度降低開關(guān)損耗，有人稱之為廣義軟開關(guān)技術(shù)。 (4)零轉(zhuǎn)換 PWM變換器。 在諧振變換器中，輸出電壓的調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻 率實現(xiàn)的，當(dāng)負載和輸入電壓在大范圍內(nèi)變化時，開關(guān)頻率也需要大范圍的變化，這使得變壓器和濾波器的優(yōu)化設(shè)計變得很困難。按負載與諧振電路的連接關(guān)系，諧振變換器可分為燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 兩類：一類是負載與諧振回路相串聯(lián)，稱為串聯(lián)負載 (或串聯(lián)輸出 )諧振變換器 (Series load resonant converters， SLRCs)；另一類是負載與諧振回路相并聯(lián)，稱為并聯(lián)負載 (或并聯(lián)輸出 )諧振變換器 (Parallel load resonant converters，PLRCs)。而開關(guān)變換器中的開關(guān)管一般工作在硬開關(guān)狀態(tài)，在開關(guān)過程中容易產(chǎn)生開關(guān)損耗(Switching loss)，并且隨著頻率的增加成正比增加，嚴重影響變換器的轉(zhuǎn)換效率和功率密度的提高。雙管的有雙管正激 (Double transistor forward)和雙管反激 (Double transistor Fly back)、半橋(Halfbridge)和推挽 (Pushpull)變換器，四管的是全橋 (Fullbridge)變換器。這四類變換器可以是單向的也可以是雙向的。closed loop control method III 目 錄 摘要 ....................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................ II 第 1章 緒論 ...................................................................................................... 1 課題背景 .............................................................................................. 1 開關(guān)變換器的分類 ........................