【導(dǎo)讀】理論研究型（√）；計(jì)算機(jī)軟件型（）；綜合型（）。，A1電氣原理圖一張。圖形及文字符號(hào)復(fù)合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。，嚴(yán)格按計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。耦合電感的漏感與諧振電容在功率管開關(guān)過程中進(jìn)行諧振，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。計(jì)方法，并用仿真軟件進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了功率開關(guān)管零。關(guān)損耗，提高了變換器的效率。

　　

【正文】 通過增大 offcplU _ 來實(shí)現(xiàn) ，從而體現(xiàn)了 auxL 的作用 。 當(dāng) Llki = 0I 時(shí) ， 1sVD 和 2sVD 截止 ， 進(jìn)入模態(tài) 8a。 (8)模態(tài) 8a(7t ~ 8t ) 為 Cs復(fù)位階段 。 Llki ＝ 0I ， csu 線 性減小 ， 當(dāng)其減小到零時(shí) ， 3sVD 關(guān)斷 ， VD開通 ， 進(jìn)入下一模態(tài) 。 (9)模態(tài) 8b 為 Llki 再恢復(fù)階段 。 若不能滿足式 (2)條件 ， 即 csu 諧振到零時(shí) ，Llki 還未增大到 0I ， 則將進(jìn)入此模態(tài) 。 Llki 在電 o ffU c p lUdU d riv e _2 ??時(shí)繼續(xù)增大 ， 直至增大到 0I 。 offcplU _ 越大 ， 該模態(tài)持續(xù)的時(shí)間越短 ， 所要求的 VQ關(guān)斷緩沖時(shí)間越短 ， 與 MVS相比 ， 占空比上限得以提高 ， 體現(xiàn)了 auxL的優(yōu)勢 。 當(dāng) VQ下一次開通時(shí) ， Llki 仍未增大到 0I ， 則 3個(gè)輔助二極管 同時(shí)關(guān)斷 ，反向恢復(fù)電流重疊 ， 施加在 VQ上 ， 使其喪失 ZCS開通條件 ， 大大增加了 VQ 第 2 章 無損緩沖器主電路設(shè)計(jì) 23 的開通損耗 ， 因此在參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免緩沖電路進(jìn)入該模態(tài) 。 (10)模態(tài) 9(8t ~ 0t ) 為正常 PWM 關(guān)斷階段 。 在該模態(tài)中 ， 緩沖電路停止工作 ， 電路進(jìn)入正常 PWM關(guān)斷階段 ， VD導(dǎo)通 ， 直到下一次 VQ開通 。 緩沖電路參數(shù)設(shè)計(jì) 無源無損參數(shù)的設(shè)計(jì)有兩個(gè)基本原則： 釋放到負(fù)載端或 者供電電源端，從而實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)工作條件； 。 VQ的關(guān)斷損耗隨 Cr的增大而減小，但當(dāng) Cr增大到一定值后，對關(guān)斷損耗的影響很小。此外， Cr越大，VQ開通時(shí)的電流尖峰越大，因而 Cr一般取最優(yōu)值： )2/(0 infiopt UtIC ? (213) 式中 ： fit 為 VQ的電流下降時(shí)間 。 Cr /Cs的比值一般在 1/30~1/10 之間 ， 較小比值有利于降低 VD上的反壓峰值 。 VD關(guān)斷時(shí) ， 當(dāng)其電 流減小到零后 ， 在輸入電壓和耦合電壓的共同作用下 ， 反向增大到 rmI ， 分析 VD的反向恢復(fù)過程可得 ： rmrroncplinlk ItUUL /)( _?? (214) 式中 ： rmI 為 VD反向恢復(fù)電流峰值 ； rrt 為 VD的反向恢復(fù)時(shí)間 。 此外 ， 增大 lkL 可以抑制 VQ開通時(shí)的電流尖峰 ， 但同時(shí)使關(guān)斷緩沖工作時(shí)間延長 。 auxL 的匝比 n選擇的 越大 ， offcplU _ 越大 ， 式 (212)的條件越容易滿足 ， Cr， Cs， lkL 的選擇范圍越大 ， 解除了 MVS無源無損緩沖電路對諧振參數(shù)的限制 。 同時(shí) , offcplU _ 越大 ， 關(guān)斷緩沖工作時(shí)間越小 ， 占空比上限升高 ，但 n越大 ， oncplU _ 越大 ， 開通緩沖工作時(shí)間則變長 。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按變換器要求的占空比范圍靈活選取 n， 若所要求的占空比較小 ， 則不必采用 auxL 。 總之 ， lkL ， Cs， Cr， n 的具體數(shù)值應(yīng)通過仿真 折中選取 。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 本章小結(jié) 本章主要介紹了 Buck型變換器的主要工作原理，并根據(jù)對其的認(rèn)識(shí)和總結(jié)，設(shè)計(jì) Buck電路的緩沖電路，根據(jù)理論工作波形，總結(jié)出其各個(gè)工作模態(tài)，分析了其電路中能量的諧振過程。 第 3 章 無損緩沖器控制電路設(shè)計(jì) 25 第 3 章 無損緩沖器控制電路設(shè)計(jì) 單周期控制技術(shù) 單周期控制是一種用于功率變換器的新型非線性控制。提出 了一種單周期控制技術(shù)并首先在 Buck變換器中進(jìn)行了驗(yàn)證。其控制思想是通過控制開關(guān)的占空比 , 使每個(gè)開關(guān)周期中開關(guān)變量的平均值嚴(yán)格等于或正比于控制參考量。它突出的特點(diǎn)是開關(guān)變量在一個(gè)開關(guān)周期中精確地跟隨控制基準(zhǔn) , 提供了很快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和很好的輸入擾動(dòng)抵制 , 在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)有效地消除電源紋波干擾和開關(guān)誤差 , 控制方法簡單可靠。采用單周期控制技術(shù) ,可以有效地克服傳統(tǒng)電壓反饋控制中的缺陷 , 同時(shí)也不必考慮電流模式控制中的人為補(bǔ)償 [12]。 控制技術(shù)的基本原理 單周期控制的控制思想可以用一個(gè)簡單 Buck電 路為例加以說明：圖 31為單周期控制的 Buck降壓電路，直流電壓源 Vg，開關(guān)管 S（這里用 IGBT代替）工作在開關(guān)頻率 ss Tf 1? （ Ts為開關(guān)周期）。當(dāng)開關(guān)管開通時(shí)，二極管關(guān)斷，二極管兩端電壓 SV 等于電源電壓 gV 。當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，二極管導(dǎo)通，二極管上電壓為其正向?qū)▔航?，可近視為零。電源電?gV 通過功率管 S的開關(guān)轉(zhuǎn)換成了一個(gè)開關(guān)變量 SV 。輸出的 LC低通濾波器把此開關(guān)變量轉(zhuǎn)換成有開關(guān)紋波的直流電壓（大小為 gV? ， ? 為開關(guān)的占空比 sonTT ）。 Buck 變換器的輸出電壓是開關(guān)變量 sv 的平均值 SV ,也就是二極管上的電壓平均值，它的大小為輸入電壓在整個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的積分，其值為 ： re fT gsT ss VdtvTdtvTV Ss ??? ?? ?00 11 (31) Buck電路這樣的特性使我們發(fā)現(xiàn)，如果使用如圖 21 所示恒頻轉(zhuǎn)換器，在每個(gè)開關(guān)周期中，開關(guān)管開通時(shí)，對二極管上的電壓進(jìn)行積分，積分值 intV和參考電壓 refV 比較，當(dāng)二極管上電壓的積分值達(dá)到參考電壓時(shí)，即refVV ?int ，比較器輸出信號(hào)給 控制器，控制器發(fā)出信號(hào)去關(guān)斷開關(guān)管，同時(shí)給出信號(hào)使積分器復(fù)位到零。如果參考電壓是一 個(gè)常數(shù)，則二極管的平均電燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 壓也 是一個(gè)常數(shù)，輸出電壓同樣是一個(gè)常數(shù)。 控 制 器積 分 器—+V i n tV r e fSRCLV gV sV 0復(fù) 位 圖 31 單周期控制降壓電路 積分器輸出電壓 intV 直接正比于輸入電源電壓，并和參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)輸入電壓高時(shí)，積分器輸出電壓的上升斜率就陡，到達(dá)參考電壓的所需時(shí)間就短，所以此周期的占空比就小，當(dāng)電源電壓低時(shí)，結(jié)果相反，占空比就大。如果參考電壓是時(shí)間的函數(shù)，則二極管電壓的平均值也會(huì)隨時(shí)間變化且和參考電壓在每個(gè)周期都相等。在參考電壓變化時(shí)，積分器輸出電壓會(huì)緊跟其后的變化 波形，由此可見，這樣的控制方法，占空比完全決定于當(dāng)前周期的狀態(tài)，其值由下式?jīng)Q定： refT gS VdtvT s ???01 (32) 它與以前的開關(guān)周期狀態(tài)沒有關(guān)系，開關(guān)變量的瞬態(tài)平均值是 在一個(gè)周第 3 章 無損緩沖器控制電路設(shè)計(jì) 27 期之內(nèi)的值，所以這種非線性的控制方法稱單周期控制。公式 (32)表示出了輸入電壓和參考電壓之間的非線性關(guān)系，它們通過占空比聯(lián)系在一起，通過這樣的非線性轉(zhuǎn)換，使得 Buck 電路的輸出電壓只和參考電壓有線性關(guān)系，而與輸入電壓無關(guān)，如式 (33)示： 20 1 LCssRLVV ref??? (33) L 和 C為電感電容濾波器， R為負(fù)載。 由此看來采用單周期控制技術(shù)，Buck電路輸出和輸入無關(guān)，可以說系統(tǒng)完全抑制了輸入電壓的干擾 [13]。 單周期控制原理擴(kuò)展 單周期控制技術(shù)的核心思想是在每一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)使受控量的平均值等于或正比于參考量。這樣單周期控制技術(shù)可以擴(kuò)展為通用的控制理論，它可以應(yīng)用于任何形式的開關(guān)變換器。 x(t)為輸入變量， y(t)為輸出變量， k(t)為開關(guān)函數(shù)，如果一個(gè)開關(guān) (Switch)按照公式 (34)的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行開關(guān)， )0(1)( ONTttk ??? )(0)( sON TtTtk ??? (34) 開關(guān)頻率 ss Tf 1? ，在每一個(gè)開關(guān)周期中， ONT 為開關(guān)開通時(shí)間， OFFT 為開關(guān)關(guān)斷時(shí)間，且 sOFFON TTT ?? ，占空比 δ為 sONTT ，輸入信號(hào) x(t)通 過開關(guān)的通斷轉(zhuǎn)換成一個(gè)開關(guān)變量 y(t)。輸出變量 y(t)的頻率和脈寬相同于開關(guān)函數(shù) k(t)，在開關(guān)開通的時(shí)間內(nèi)， y(t)的包絡(luò)和 x(t)是一樣的，得到輸入輸出的關(guān)系為： )()()( txtkty ? (35) 假設(shè)開關(guān)頻率 sf 遠(yuǎn)大于輸入信號(hào) x(t)和控制信號(hào) )(tVref 的帶寬頻率，且占空比 ? 由控制信號(hào) )(tVref 線性調(diào)制而成，則輸出變量平均值可近視為： 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 )()(1)()(1)( 00 ttxdtTtxdttxTty ONON TsTs ???? ?? (36) 因此，對于傳統(tǒng)的電壓反饋控制，輸出端的開關(guān)變量 y(t)是輸入信號(hào) x(t)和占空比（或控制信號(hào) )(tVref ）的函數(shù)，輸入變化，必然導(dǎo)致輸出的變化。如果采用占空比的非線性調(diào)制，使輸出電 壓在開關(guān)開通時(shí)間內(nèi)的積分正好等于控制信號(hào)在整個(gè)周期內(nèi)的積分 ，即 dttvdt sT ref )(x(t ) 0T0 ON ?? ? (37) 輸出電壓的平均值在每個(gè)周期內(nèi)等于控制電壓的平均值，即 ： )()(1)(1)( 00 tvdttvTdttxTty r e fT r e fsTs sON ??? ?? (38) 所以說開關(guān)變量的平均值在一個(gè)周期內(nèi)得到即時(shí)控制。 根據(jù)這個(gè)概念去控制開關(guān)的技術(shù)被定義為單周期控制技術(shù)，所以在一個(gè)周期內(nèi)，開關(guān)的有效輸出為： )()(y tvt ref? (39) 由此可見，輸出只是和參考電壓 refV 存在線性關(guān)系， 與輸入信號(hào)無關(guān)，這種控制方法把一個(gè)非線性問題轉(zhuǎn)換成了簡單的線性問題 [14]。 第 3 章 無損緩沖器控制電路設(shè)計(jì) 29 固定開關(guān)頻率的單周期控制 固定頻率單周期控制的目的是使輸出變量的平均值和控制量成線性比例關(guān)系。 圖 32 是固定頻率的單周期控制實(shí)現(xiàn)電路，在這電路中，最關(guān)鍵的器件 是積分器時(shí)鐘。 圖 32 固定開 關(guān)頻率單周期控制開關(guān) 此電路以某一固定頻率的時(shí)鐘脈沖觸發(fā)開關(guān)。在開關(guān) S 導(dǎo)通時(shí)，積分器積分，積分器輸出值為 ： dttxk?? 10int )(v (310) 其中 k為常數(shù)，積分器輸出 intV 和參考電壓 )(tVref 進(jìn)行比較，當(dāng)積分器輸出值 intV 等于參考電壓 )(tVref 時(shí) ，比較器翻轉(zhuǎn)， 觸發(fā)器發(fā)出信號(hào)關(guān)閉開關(guān)，同時(shí)積分器復(fù)位置零，為下一個(gè)周期做準(zhǔn)備。當(dāng)前周期的占空比 son TT?? 由下列等式?jīng)Q定： )()(0 tvdttxk refTs ??? (311) SETCLRS RV refRf Ci ntV int 觸發(fā)器 時(shí)鐘 比較器 積分復(fù)位器SX ( t )y ( t ) +—+—燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 其中比例系數(shù) k為常數(shù)。 由于輸出 y(t)的平均值為： dttxTty sdTs ?? 0 )(1)( (312) 由式 (311) ， (312)得： )()( tvTkty refs? (313) 因?yàn)?Ts 是常數(shù)， 設(shè)skTK1? 也是常數(shù)，得 y(t)為 ： )()( tKvty ref? (314) 單周期控制電路中的開關(guān)誤差自動(dòng)補(bǔ)償 在實(shí)際電路中，開關(guān)的開通和關(guān)斷都是有時(shí)間的，并且有導(dǎo)通壓降。在單周期控制電路中，只要積分器復(fù)位所