【正文】 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(diǎn)而發(fā)展起來的。因此，設(shè)計(jì)和分析相對比較簡單。由圖可看出，電壓控制型方法是：利用輸出電壓采樣作為控制端的輸入信號(hào)，將該信號(hào)于基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果放大生成誤差電壓，該誤差電壓與振蕩器生成的鋸齒波進(jìn)行比較生成一個(gè)脈寬與誤差電壓大小成正比的方波，該方波可以控制開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)對開關(guān)變換器輸出電壓的調(diào)節(jié)。 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、控制型三種，下面對這三種控制方式作一個(gè)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,振蕩頻率由外接元件所決定,頻率。圖33 綜合調(diào)制方式目前,以脈沖寬度調(diào)制應(yīng)用最多，其基本原理圖如下圖34所示。調(diào)制方式是同時(shí)改變周期和導(dǎo)通時(shí)間兩個(gè)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。脈沖頻率調(diào)制變化如圖32所示，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，不變，發(fā)生變化，即脈沖寬度改變。在調(diào)制期間脈沖周期是固定不變的。 開關(guān)電源的控制方式基本上都采用時(shí)間比率控制()方式，根據(jù)對輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，這種控制方式又大致可分為三大類:脈寬調(diào)制、脈頻調(diào)制和調(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(jìn)行了初步學(xué)習(xí)，推導(dǎo)了法計(jì)算公式，為以后變壓器的設(shè)計(jì)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(diǎn)進(jìn)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(jì)的主拓?fù)?。令? (248) (249)又因?yàn)?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(jì)算推導(dǎo) 此法又稱為法，變壓器滿載時(shí)與空載時(shí)輸出電壓是有差異的，其大小反應(yīng)電路內(nèi)阻的影響，可以用電壓調(diào)整率來表示： (243)式中 空載時(shí)變壓器輸出電壓，單位 V 滿載時(shí)變壓器輸出電壓，單位 V 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(jì)方法具體計(jì)算過程： AP法計(jì)算推導(dǎo) 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在開關(guān)工作時(shí)，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)，,方波時(shí)為4Np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)繞組占據(jù)的窗口面積與二次側(cè)繞組占據(jù)的窗口面積之和 (236)式中 使用系數(shù)(),一般與線徑、繞組數(shù)有關(guān)， 一次側(cè)繞組每匝所占的面積 磁芯窗口面積 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和電流密度的關(guān)系為: (237) (238)整理以上各式得到： (239)式中 變壓器窗口面積和磁芯截面積的乘積 一次側(cè)和二次側(cè)的功率之和 式(239)表明，乘積受窗口面積使用系數(shù)、波形系數(shù) 、開關(guān)器件工作頻率、工作磁通密度、電流密度的影響。第二種途徑是計(jì)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(hào)，稱為AP法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能快速確定磁芯使用的范圍，為設(shè)計(jì)節(jié)省時(shí)間。因此，研究變壓器的設(shè)計(jì)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(hào)給出后，變壓器的勵(lì)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(shí)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(shí)間也即為式(233)中的τ2。開關(guān)器件S2關(guān)斷到S1開通的時(shí)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(shí)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(huì)升高，在開關(guān)狀態(tài)5，箝位電容C放電，電壓會(huì)降低。為了在最短時(shí)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(jì)算 在分析工作過程時(shí)，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(jì)算 變壓器一次繞組所加的正負(fù)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(shí)刻，開通開關(guān)器件S1，開始下一個(gè)開關(guān)周期。持續(xù)時(shí)間為 (221) 此時(shí)，勵(lì)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(shí)也繼續(xù)導(dǎo)通，因?yàn)橐淮蝹?cè)電流太小不能提供負(fù)載電流，因此，二極管VD1和VD2同時(shí)導(dǎo)通，二次側(cè)電壓鉗位至零，一次側(cè)電壓也變?yōu)榱恪?lì)磁電流和持續(xù)時(shí)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(lì)磁電流流過結(jié)電容Cs，Cs開始放電，勵(lì)磁電流繼續(xù)反向增加。當(dāng)勵(lì)磁電流為ip(T3)時(shí)，關(guān)斷箝位開關(guān)管S2。在T4時(shí)刻，勵(lì)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(shí)間為 (213) 此時(shí)勵(lì)磁電流為 (214)(4)開關(guān)狀態(tài)4T3時(shí)刻,結(jié)電容Cs電壓UCS上升到輸入電壓Vi和箝位電容C上的電壓總和，反并聯(lián)箝位二極管VD導(dǎo)通。二極管VD1截止，VD2導(dǎo)通繼續(xù)維持負(fù)載電流，但此時(shí)變壓器不再向負(fù)載傳輸能量，一次側(cè)也只有勵(lì)磁電流。結(jié)電容兩端電壓為 (27) 勵(lì)磁電流為 (28)T2時(shí)刻，當(dāng)Cs電壓上升到輸入電壓Vi，狀態(tài)2結(jié)束。于此同時(shí)折算到一次側(cè)的負(fù)載電流I0/n和勵(lì)磁電流im同時(shí)給開關(guān)器件S1的結(jié)電容Cs充電。S1導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)電流is1等于一次側(cè)電流ip和勵(lì)磁電流im之和。(1)開關(guān)狀態(tài)1　T0時(shí)刻開關(guān)器件S1導(dǎo)通，二次側(cè)的二極管VD1導(dǎo)通，VD2處于截止?fàn)顟B(tài)。箝位開關(guān)器件S2考慮反并聯(lián)二極管VD，忽略其它寄生參數(shù)。變壓器等效為勵(lì)磁電感Lm(漏電感忽略)和匝數(shù)比為n=Np/Ns的理想變壓器，如上圖24所示。圖25 拓?fù)渲饕ぷ鞑ㄐ螢楹喕治觯僭O(shè)輸出濾波電感Lf足夠大，可以用一個(gè)恒流源I0表示。 有源箝位單端正激變換器工作原理由于正激DC/DC變換器具有電路拓?fù)浜唵?，輸入輸出電氣隔離，電壓升、降的范圍寬，易于多路輸出等特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于中小功率電源變換場合。 有源箝位單端正激變換器有源箝位單端正激變換器[6]和傳統(tǒng)的磁復(fù)位變換器相比有許多優(yōu)點(diǎn)：(1)變壓器雙向?qū)ΨQ勵(lì)磁，可以工作在磁滯回線的第一和第三象限，變壓器可以得到充分利用，開關(guān)器件承受電壓較低，適用于輸入電壓范圍較寬的場合。因此，這種方法通常適用于=20kHZ，且當(dāng)輸入電壓高的時(shí)候，電感體積過大。總之，LCD箝位單端正激變換器能無損的把激磁能量和漏磁能量全部回饋給直流側(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖23所示，虛線框中部分可以完成變壓器磁通復(fù)位。因此，該拓?fù)溥m用于價(jià)廉、效率要求不高的場合。通過對其工作過程的分析可以推導(dǎo)出箝位電壓UC為： (22)式中 n變壓器變比 Lm磁化電感 fs 開關(guān)頻率 LIK一次側(cè)和二次側(cè)的漏感Cs晶體管輸出電容、箝位二極管結(jié)電容、整流二極管折算到一次側(cè)的結(jié)電容和變壓器繞組電容的總和RCD箝位[4]拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖22所示,虛線框中部分即為箝位電路:圖22 RCD箝位單端正激變換器由式(22)可知：UC與Vi無關(guān)；增大Lm可降低UC；增加Cs可降低UC，這可以在開關(guān)器件S的漏—源極間并聯(lián)電容來完成，然而這樣將會(huì)增加開關(guān)器件的容性開通損耗；減小LIK可降低UC，這是降低箝位電壓的關(guān)鍵因素。(4)當(dāng)Vi=Vimax時(shí)，占空比d=dmin很小，不易于大功率輸出。但這種復(fù)位技術(shù)主要存在如下缺點(diǎn)：(1)復(fù)位繞組N3使得變壓器結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)復(fù)雜化(2)在開關(guān)器件S關(guān)斷時(shí)，變壓器漏感引起的關(guān)斷電壓尖峰需要RC緩沖電來吸收，電路在滿載運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)尤為突出。 傳統(tǒng)單端正激變換器 帶復(fù)位繞組的單端正激變換器 帶復(fù)位繞組[3]的正激變換器技術(shù)成熟可靠，磁化能量可以無損的回饋到直流側(cè)。這也是正激變換器能正常工作的條件。因此必須設(shè)法使變壓器磁芯的磁通恢復(fù)到上一個(gè)周期開始時(shí)的數(shù)值。這是正激變換器的特點(diǎn)。5 第2章 正激變換器 第2章 正激變換器正激變換器（Forward Converter）可以看成是由Buck變換器演化而來的，它在開關(guān)閉合期間實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。3）主電路所用器件參數(shù)計(jì)算公式的推導(dǎo)及器件的最終選型，還可以結(jié)合閉環(huán)反饋回路的設(shè)計(jì)對電源的輸出進(jìn)行校正。 研究的主要內(nèi)容