【導讀】理論研究型（√）；計算機軟件型（）；綜合型（）。，A1電氣原理圖一張。圖形及文字符號復合國家現(xiàn)行標準。，嚴格按計劃進度進行設計。耦合電感的漏感與諧振電容在功率管開關過程中進行諧振，實現(xiàn)軟開關。計方法，并用仿真軟件進行了仿真。結(jié)果表明，該結(jié)構實現(xiàn)了功率開關管零。關損耗，提高了變換器的效率。

　　

【正文】 通過增大 offcplU _ 來實現(xiàn) ，從而體現(xiàn)了 auxL 的作用 。 當 Llki = 0I 時 ， 1sVD 和 2sVD 截止 ， 進入模態(tài) 8a。 (8)模態(tài) 8a(7t ~ 8t ) 為 Cs復位階段 。 Llki ＝ 0I ， csu 線 性減小 ， 當其減小到零時 ， 3sVD 關斷 ， VD開通 ， 進入下一模態(tài) 。 (9)模態(tài) 8b 為 Llki 再恢復階段 。 若不能滿足式 (2)條件 ， 即 csu 諧振到零時 ，Llki 還未增大到 0I ， 則將進入此模態(tài) 。 Llki 在電 o ffU c p lUdU d riv e _2 ??時繼續(xù)增大 ， 直至增大到 0I 。 offcplU _ 越大 ， 該模態(tài)持續(xù)的時間越短 ， 所要求的 VQ關斷緩沖時間越短 ， 與 MVS相比 ， 占空比上限得以提高 ， 體現(xiàn)了 auxL的優(yōu)勢 。 當 VQ下一次開通時 ， Llki 仍未增大到 0I ， 則 3個輔助二極管 同時關斷 ，反向恢復電流重疊 ， 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計 23 的開通損耗 ， 因此在參數(shù)設計時應盡量避免緩沖電路進入該模態(tài) 。 (10)模態(tài) 9(8t ~ 0t ) 為正常 PWM 關斷階段 。 在該模態(tài)中 ， 緩沖電路停止工作 ， 電路進入正常 PWM關斷階段 ， VD導通 ， 直到下一次 VQ開通 。 緩沖電路參數(shù)設計 無源無損參數(shù)的設計有兩個基本原則： 釋放到負載端或 者供電電源端，從而實現(xiàn)軟開關工作條件； 。 VQ的關斷損耗隨 Cr的增大而減小，但當 Cr增大到一定值后，對關斷損耗的影響很小。此外， Cr越大，VQ開通時的電流尖峰越大，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關斷時 ， 當其電 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的反向恢復過程可得 ： rmrroncplinlk ItUUL /)( _?? (214) 式中 ： rmI 為 VD反向恢復電流峰值 ； rrt 為 VD的反向恢復時間 。 此外 ， 增大 lkL 可以抑制 VQ開通時的電流尖峰 ， 但同時使關斷緩沖工作時間延長 。 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 , offcplU _ 越大 ， 關斷緩沖工作時間越小 ， 占空比上限升高 ，但 n越大 ， oncplU _ 越大 ， 開通緩沖工作時間則變長 。 設計時應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)值應通過仿真 折中選取 。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（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)對其的認識和總結(jié)，設計 Buck電路的緩沖電路，根據(jù)理論工作波形，總結(jié)出其各個工作模態(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計 25 第 3 章 無損緩沖器控制電路設計 單周期控制技術 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并首先在 Buck變換器中進行了驗證。其控制思想是通過控制開關的占空比 , 使每個開關周期中開關變量的平均值嚴格等于或正比于控制參考量。它突出的特點是開關變量在一個開關周期中精確地跟隨控制基準 , 提供了很快的動態(tài)響應和很好的輸入擾動抵制 , 在一個開關周期內(nèi)有效地消除電源紋波干擾和開關誤差 , 控制方法簡單可靠。采用單周期控制技術 ,可以有效地克服傳統(tǒng)電壓反饋控制中的缺陷 , 同時也不必考慮電流模式控制中的人為補償 [12]。 控制技術的基本原理 單周期控制的控制思想可以用一個簡單 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，開關管 S（這里用 IGBT代替）工作在開關頻率 ss Tf 1? （ Ts為開關周期）。當開關管開通時，二極管關斷，二極管兩端電壓 SV 等于電源電壓 gV 。當開關管關斷時，二極管導通，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的開關轉(zhuǎn)換成了一個開關變量 SV 。輸出的 LC低通濾波器把此開關變量轉(zhuǎn)換成有開關紋波的直流電壓（大小為 gV? ， ? 為開關的占空比 sonTT ）。 Buck 變換器的輸出電壓是開關變量 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開關周期內(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，在每個開關周期中，開關管開通時，對二極管上的電壓進行積分，積分值 intV和參考電壓 refV 比較，當二極管上電壓的積分值達到參考電壓時，即refVV ?int ，比較器輸出信號給 控制器，控制器發(fā)出信號去關斷開關管，同時給出信號使積分器復位到零。如果參考電壓是一 個常數(shù)，則二極管的平均電燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 26 壓也 是一個常數(shù)，輸出電壓同樣是一個常數(shù)。 控 制 器積 分 器—+V i n tV r e fSRCLV gV sV 0復 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，并和參考電壓進行比較，當輸入電壓高時，積分器輸出電壓的上升斜率就陡，到達參考電壓的所需時間就短，所以此周期的占空比就小，當電源電壓低時，結(jié)果相反，占空比就大。如果參考電壓是時間的函數(shù)，則二極管電壓的平均值也會隨時間變化且和參考電壓在每個周期都相等。在參考電壓變化時，積分器輸出電壓會緊跟其后的變化 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) 它與以前的開關周期狀態(tài)沒有關系，開關變量的瞬態(tài)平均值是 在一個周第 3 章 無損緩沖器控制電路設計 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系，而與輸入電壓無關，如式 (33)示： 20 1 LCssRLVV ref??? (33) L 和 C為電感電容濾波器， R為負載。 由此看來采用單周期控制技術，Buck電路輸出和輸入無關，可以說系統(tǒng)完全抑制了輸入電壓的干擾 [13]。 單周期控制原理擴展 單周期控制技術的核心思想是在每一個開關周期內(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可以擴展為通用的控制理論，它可以應用于任何形式的開關變換器。 x(t)為輸入變量， y(t)為輸出變量， k(t)為開關函數(shù)，如果一個開關 (Switch)按照公式 (34)的函數(shù)關系進行開關， )0(1)( ONTttk ??? )(0)( sON TtTtk ??? (34) 開關頻率 ss Tf 1? ，在每一個開關周期中， ONT 為開關開通時間， OFFT 為開關關斷時間，且 sOFFON TTT ?? ，占空比 δ為 sONTT ，輸入信號 x(t)通 過開關的通斷轉(zhuǎn)換成一個開關變量 y(t)。輸出變量 y(t)的頻率和脈寬相同于開關函數(shù) k(t)，在開關開通的時間內(nèi)， y(t)的包絡和 x(t)是一樣的，得到輸入輸出的關系為： )()()( txtkty ? (35) 假設開關頻率 sf 遠大于輸入信號 x(t)和控制信號 )(tVref 的帶寬頻率，且占空比 ? 由控制信號 )(tVref 線性調(diào)制而成，則輸出變量平均值可近視為： 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 28 )()(1)()(1)( 00 ttxdtTtxdttxTty ONON TsTs ???? ?? (36) 因此，對于傳統(tǒng)的電壓反饋控制，輸出端的開關變量 y(t)是輸入信號 x(t)和占空比（或控制信號 )(tVref ）的函數(shù)，輸入變化，必然導致輸出的變化。如果采用占空比的非線性調(diào)制，使輸出電 壓在開關開通時間內(nèi)的積分正好等于控制信號在整個周期內(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) 所以說開關變量的平均值在一個周期內(nèi)得到即時控制。 根據(jù)這個概念去控制開關的技術被定義為單周期控制技術，所以在一個周期內(nèi)，開關的有效輸出為： )()(y tvt ref? (39) 由此可見，輸出只是和參考電壓 refV 存在線性關系， 與輸入信號無關，這種控制方法把一個非線性問題轉(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計 29 固定開關頻率的單周期控制 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系。 圖 32 是固定頻率的單周期控制實現(xiàn)電路，在這電路中，最關鍵的器件 是積分器時鐘。 圖 32 固定開 關頻率單周期控制開關 此電路以某一固定頻率的時鐘脈沖觸發(fā)開關。在開關 S 導通時，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 進行比較，當積分器輸出值 intV 等于參考電壓 )(tVref 時 ，比較器翻轉(zhuǎn)， 觸發(fā)器發(fā)出信號關閉開關，同時積分器復位置零，為下一個周期做準備。當前周期的占空比 son TT?? 由下列等式?jīng)Q定： )()(0 tvdttxk refTs ??? (311) SETCLRS RV refRf Ci ntV int 觸發(fā)器 時鐘 比較器 積分復位器SX ( t )y ( t ) +—+—燕山大學本科生畢業(yè)設計（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) 因為 Ts 是常數(shù)， 設skTK1? 也是常數(shù)，得 y(t)為 ： )()( tKvty ref? (314) 單周期控制電路中的開關誤差自動補償 在實際電路中，開關的開通和關斷都是有時間的，并且有導通壓降。在單周期控制電路中，只要積分器復位所