【正文】 事實上， 為電感的紋波電流在輸出濾波電容的寄生電阻上的壓降。輸出電壓 0U 反饋回來作為兩個控制環(huán)的反饋量。如此看來，電流控制型將會是未來開關(guān)電源較為理想的控制方式。 ⑵ 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)特性會有明顯改善。這樣，逐個檢測和調(diào)節(jié)電流脈沖，就可以達到控制電源輸出電壓的目的。所謂電流型控制，就是在脈寬比較器的輸入端將電流采樣信號與誤差放誤差放大器PW M 比較器諧波發(fā)生器RU 0U refU eU r第 3章 控制電路 27 大器的輸出信號進行比較，以此來控制輸出脈沖的占空比，使輸出的電感峰值電流跟隨 誤差電壓變化。 圖 35 電壓控制型結(jié)構(gòu)框圖 電流控制型 電流控制型 PWM 技術(shù)是近年才興起的新技術(shù)，電流型控制是針對電壓型控制的一些缺點而發(fā)展起來的。因此 ， 設(shè)計 和分析相對比較簡單。由圖可看出，電壓控制型方法是：利用輸出電壓 0U 采樣作為控制端的輸入信號， 將該信號于基準(zhǔn)電壓 refU 進行比較，并將比較結(jié)果放大生成誤差電壓 eU ，該誤差電壓 eU 與振蕩器生成的鋸齒波 rU 進行比較生成一個脈寬與誤差電壓 eU 大小成正比的方波，該方波可以控制開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而實現(xiàn)對開關(guān)變換器輸出電壓的調(diào)節(jié)。 基準(zhǔn)電壓脈寬調(diào)制振蕩器 分頻器門電路門電路誤差放大器UABT on T o ff( a )( b )T 改變T on 改變燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 開關(guān)電源控制方式分析 開關(guān)電源按控制方式 [9]可以分為：電壓控制型、電流控制型、 2V 控制型三種，下面對這三種控制方式作一個簡單了解。 門 電路 :門電路輸入分別受分頻器和脈寬調(diào)制器的輸入控制。 脈寬調(diào)制器 :輸入為誤差放大器輸出。 振蕩器 :由恒流充電快速放電電路以及電壓比較器組成 ,振蕩頻率由外接 RC 元件所決定 ,頻率 1f RC? 。 T on T off( a )( c )( b )周期變小頻率增大周期變大頻率減小第 3章 控制電路 25 圖 33 PWMPFM 綜合調(diào)制方式 目前 ,以脈沖 寬度 調(diào)制 PWM 應(yīng)用最多，其 基本原理圖 如下圖 34 所示 。 PWMPFM 調(diào)制方式是同時改變周期 T 和導(dǎo)通時間 onT 兩個參數(shù)來實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定 。脈沖頻率調(diào)制變化如圖 32 所示， onT 不變，即脈沖寬度不變化，而周期發(fā)生變化，即頻率改變。脈沖寬度調(diào)制變化如圖 31 所示， T 不變， onT 發(fā)生變化，即脈沖寬度改變。在調(diào)制期間脈沖周期 T是固定不變的。 開關(guān)電源的控制方式基本上都采用時間比率控制 (TRC )方式，根據(jù)對輸出電壓平均值進行調(diào)制的方式不同， 這種 控制 方式又大致 可 分為三大類 :PWM 脈寬調(diào)制、 PFM 脈頻調(diào)制和 PWMPFM 調(diào) 寬調(diào)頻混合電路 [8]。最后，對高頻變壓器的磁芯確定方法進行了初步學(xué)習(xí)，推導(dǎo)了 AP 法計算公式，為以后變壓 器的設(shè)計打好前期基礎(chǔ)。 本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容首先是對正激變換器的各種變壓器磁通復(fù)位技術(shù)的優(yōu)缺點進行比較，在此基礎(chǔ)上選擇有源箝位正激變換器作為此次設(shè)計的主拓撲。令： (248) (249) 又因為 2T P PP U I? ,根據(jù)式 (247)式，代入式 (248)式和 (249)，則可得： (250) 則幾何參數(shù)為： (251) 通過已知參數(shù)求出 GK 的值，然后可求出磁芯的其它參數(shù)，最終查表選擇合適 的磁芯。 幾何參數(shù)法計算推導(dǎo) 此法又稱為 GK 法， 變壓器滿載時與空載時輸出電壓是有差異的，其大小反應(yīng)電路內(nèi)阻 iR 的影響 ， 可以用電壓調(diào)整率來表示： (243) 式中 0U 空載時變壓器輸出電壓，單位 V 1U 滿載時變壓器輸出電壓，單位 V iR 各繞組的內(nèi)阻 假定變壓器一次側(cè)和二次側(cè) 匝數(shù)相等，則 (244) 變壓器一次側(cè) 繞組電阻 PR 可表示為 (245) 式中 ? 電阻率，銅質(zhì)的電阻率一般為 106Ω 下面推導(dǎo)兩種設(shè)計方法具體計算過程： ? ?12 4 1 2m ssL C D T??? ? ?第 2章 正激變換 器 19 AP 法計算推導(dǎo) 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在開關(guān)工作時，原邊電壓 UP為 (235) 式中 UP變壓器原邊電壓 ,單位 V Kf 波形系數(shù)，正弦波時為 ,方波時為 4 Np變壓器一次側(cè) 匝數(shù) fs開關(guān) 器件 工作頻率，單位 Hz Bw工作磁通密度，單位 T Ae磁芯有效面積，單位 m2 磁芯的窗口面積 AW 乘以使用系數(shù) K0 為有效面積 , 該面積為一次側(cè) 繞組PN 占據(jù)的窗口面積 PPNA與二次側(cè) 繞組 SN 占據(jù)的窗口面積 SSNA之和 (236) 式中 0K 使用系數(shù) ( 0 1K? ),一般與線徑、繞 組數(shù)有關(guān)，典型值為 PA 一次側(cè) 繞組每匝所占的面積 WA 磁芯窗口面積 SA 二次側(cè) 繞組每匝所占的面積 每匝所用面積與流過該匝的電流 I 和電流密度 J 的關(guān)系為 : (237) (238) 整理以上各式得到： (239) ppf s w eU K N f B A?0 W P P SSK A N A N A??1P IA J?2S IA J?0P P S SWfWe sU I U IAA K K B f J??燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 式中 WeAA變壓器窗口面積和磁芯截面積的乘積 P P S SU I U I? 一次側(cè)和二次側(cè) 的功率之和 式 (239)表明， WeAA乘積受窗口面積使用系數(shù) 0K 、 波形系數(shù) 、 開關(guān) 器件 工作頻率 sf 、 工作磁通密度 WB 、 電流密度 J 的影響。 第二種 途徑是計算方式 : 目前主要有兩種方法：第一種是先求出磁芯窗口面積 AW與磁芯有效截面積 Ae的乘積 AP，根據(jù) AP 值查表 確定所需磁性材料的編號， 稱為 AP 法。 這種方 法 的優(yōu)點是能快速確定磁芯使 用的范圍， 為 設(shè)計節(jié)省時間。因此，研究變壓器的設(shè)計方法還是十分必要的 ，首先我們來研究變壓器磁芯。 變壓器磁芯參數(shù)分析 高頻變壓器作為能量傳送、升降壓及電氣隔離的磁性元件，在開關(guān)電源中非常重要。 開關(guān) 器件 S1的觸發(fā)信號給出后，變壓器的勵磁電感并沒有馬上變?yōu)槌潆姞顟B(tài)，而是繼續(xù)處于放電狀態(tài)一定時間后才轉(zhuǎn)為充電狀態(tài)，這就產(chǎn)生占空比丟失問題，占空比丟失的這段時間也即為式 (233)中的 τ2。 開關(guān)器件 S2關(guān)斷到 S1開通的時間間隔為 (233) 式 (233)為 結(jié)電容 Cs和 Lm諧振的 1/4 周期。延遲時間 [7]過大，影響有效占空比。在開關(guān)狀態(tài) 4，箝位電容 C 充電，電壓會升高，在開關(guān)狀態(tài) 5，箝位電容 C 放電，電壓會降低。為了在最短時間內(nèi)完成磁通復(fù)位，箝位電容電壓最大值為 (226) 箝 位電容 C 的選型計算 在分析工作過程時，認(rèn)為 C足夠大，其兩端電壓看作保持不變。 箝 位電容 C 的箝 位電壓 UC 的計算 變壓器一次繞組所加的正負電壓伏 秒積保持相等，變壓器才可以完全磁通復(fù)位。根據(jù)變壓器一、二次側(cè)電流關(guān)系，流過二極管 VD1的電流為 (223) 流過二極管 VD2的電流為 (224) T7時刻，開通開關(guān)器件 S1，開始下一個開關(guān)周期。 ? ?34 3mCmT L T Ui?? ? ? ? ? ?33Cmmm UTTLi t i t? ? ?? ? ? ?4Cmm U TLi t t? ? ?? ?4 5 3 CmmT T ULi?? ? ? ? ? ?55c o s s i nm m mC S CiU V U T Z Tt t t??? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?355c o s s i nCmm mmp UT T TZi t i t t??? ? ? ? ?第 2章 正激變換 器 15 持續(xù)時間為 (221) 此時，勵磁電流為 (222) (7)開關(guān)狀態(tài) 7 在此階段， 結(jié)電容 Cs 電壓有繼續(xù)下降的趨勢，變壓器一次側(cè)電壓繼續(xù)為正，二次繞組側(cè)也變?yōu)檎?，二極管 VD1 導(dǎo)通， VD2 同時也繼續(xù)導(dǎo)通，因為一次側(cè)電流太小不能提供負 載電流，因此，二極管 VD1和 VD2同時導(dǎo)通，二次側(cè)電壓鉗位至零，一次側(cè)電壓也變?yōu)榱?。勵磁電流和持續(xù)時間分別為 (217) (218) (6)開關(guān)狀 態(tài) 6 箝位開關(guān)管 S2關(guān)斷后，勵磁電流流過結(jié)電容 Cs， Cs開始放電，勵磁電流繼續(xù)反向增加。當(dāng)勵磁電流為 ip(T3)時，關(guān)斷箝位開關(guān)管 S2。在 T4時刻，勵磁電流下降至零，開關(guān)狀態(tài) 4 結(jié)束。由于 反并聯(lián)箝位二極管 VD 導(dǎo)通，箝位開關(guān)管 S2的電壓被箝位在零。持續(xù)時間為 (213) 此時勵磁電流為 (214)