【正文】 辯 日期： 燕山大學畢業(yè)設計（論文）任務書 學院：電氣工程學院 系級教學單位：電氣工程及自動化系 學 號 學生 姓名 專 業(yè) 班 級 題 目 題目名稱 交錯并聯(lián)雙管正激變換器研究 題目性質(zhì) ： 工程設計 （ √ ）；工程技術(shù)實驗研究型 （ ）； 理論研究型 （ ）；計算機軟件型 （ ）；綜合型 （ ） （ ）； （ ）； （ ） 題目類型 （ √ ） （ ） 題目來源 科研 課題 （ ） 生產(chǎn)實際 （ ） 自選 題目 （ √ ） 主 要 內(nèi) 容 1 查詢 雙管正激變換器的技術(shù)資料， 消化理解工作原理。 2 掌握 交錯并聯(lián)雙管正激變換器系統(tǒng)構(gòu)成及工作 原理。 4 給出全部設計參 數(shù)和圖紙。 2． 說明書及插圖一律打印，要求條理清晰、文筆流暢、圖形及文字符號符合國家現(xiàn)行標準。 參 考 資 料 1． 雙管正激 變換器 的技術(shù)資料 2． 正 激變換器設計相關(guān)文獻 周 次 1— 4周 5— 8周 9— 12周 13— 15周 16— 17周 應 完 成 的 內(nèi) 容 查閱資料，閱讀文獻 確定方案，設計電路 進行仿真，驗證可行性 撰寫論文 準備答辯 指導教師： 職稱： 2021年 12月 12日 系級教學單位審批： 年 月 日 摘要 I 摘要 本文主要研究了交錯并聯(lián)雙管正激變換器主電路拓撲的工作原理和工作過程?？刂齐娐贩绞讲糠执罱讼到y(tǒng)的控制模型，并根據(jù)控制模型對控制電路參數(shù)進行了設計。第二章對交錯并聯(lián)雙管正激變換器進行了工作原理分析并討論了變壓器工作過程。第五章進行了開環(huán)和閉環(huán)的仿真分析。這些優(yōu)點體現(xiàn)于以下幾個 方面 ： ①效率高。在截止期間，開關(guān)管無電流，因此不消耗功率，可大大提高效率， 通?？蛇_到 80%以上。 ②由于開關(guān)管 在開關(guān)狀態(tài)，功率消耗小， 不需要采用大散熱器。 ③穩(wěn)壓范圍寬。而且在輸入電壓發(fā)生變化時， 始終能保持穩(wěn)壓電路的高效率。 ④體積小重量輕。 ⑤安全可靠。當穩(wěn)壓電路、高壓電路、負載等出現(xiàn)故障或短路時，能自動切斷電源， 保護功能 靈敏可靠。開關(guān) 電源市場比較樂觀。 【 10】 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 2 1）正激變換器 D 1 L fC fTRU iS 1D 2 圖 11 正激變換器 如圖 11 所示，電路結(jié)構(gòu)簡單， 是中小功率場合常用的 拓撲方案 。 【 3】 2)反激變換 器 D 1C fTRU iS 1D 2 圖 12 反激變換器 如圖 12 所示，其電路形式與正激變換器相似，只是變壓器的接法和作第 1章 緒論 3 用不同。 3）推挽變換器 D 1D 2L fC fTR 圖 13 推挽變換器 如圖 13 所示，電路結(jié)構(gòu)簡單，變壓器鐵芯雙向磁化， 當一臺正激變換器不工作時，濾波電感能量可以通過另一臺正激變換器的二次側(cè)回路向負載釋放，因此 相同鐵芯尺寸下，推挽電路能夠比正激式電路輸出更大的功率，但電路必須有良好的對 稱性，否則容易引起直流偏磁導致鐵芯飽和。 【 3】 4）半橋變換器 D 1D 2L fC fTS 1S 2C 2C 1RU i圖 14 半橋變換器 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 4 如圖 14 所示，鐵芯雙向磁化，利用率高。 5）全橋變換器 D 1D 2L fC fTS 3S 4S 2S 1RU i圖 15 全橋變換器 如圖 15 所示，鐵芯雙向磁化，利用率高，易采用軟開關(guān)工作方式。但全橋變換器 功率器件較多，控制及驅(qū)動較 復雜，并且變壓器鐵芯存在直流偏磁現(xiàn)象，橋臂存在直通現(xiàn)象， 比較適合大功率場合。D2 導通， 磁化能量回饋電源 。 ② 相對于半橋變換器或全橋變換器而言，雙管正激變換器的每一個橋臂均由一個開關(guān)管和一個二極管串聯(lián)組成，不存在橋臂直通現(xiàn)象，可靠性高 。 但雙管正激變換器存在缺點：通常 占空比小于 ，變壓器工作于磁化曲線的第一象限，磁芯利用率低，而且在同一條件下與全橋相比， 輸出濾波電感的體積也較大。 ，經(jīng)過短暫的死區(qū)時間， 負載電流經(jīng)二極管 D7 續(xù)流，變壓器磁化電流逐漸減小為零，實現(xiàn)鐵芯磁復位，能量回饋電源，然后另一路變換器開始工作，另一組變壓器的勵磁電流逐漸增 大，然后重復之前過程。的方式交替工作，因此與單路正激變換器相比其等效占空比，提高一倍。 ② 副邊整流側(cè)電壓 的等效占空比增加一倍，提高了電路的響應，并有利于驅(qū)動電路的設計， 在同樣輸出電壓的情況下 ，整流側(cè)峰值電壓減小一半，續(xù)流時間減小，有利于續(xù)流管的選擇。 ④ 輸入電流脈動頻率提高一倍，減小了輸入濾波器的體積， 從而進一步減小整機的體積 。 基于對以上幾種常用隔離式 DC/DC 電路拓撲的分析， 根據(jù) 380VAC 三相交流輸入， 輸出平均功率 3KVA 的技術(shù)指標，本次設計選擇 交錯并聯(lián)雙管正 激變換器。然后又進一步 講述了交錯并聯(lián)雙管 正激變換器的工作原理及其優(yōu)缺點。第 2章 主電路工作原理分析 7 第 2章 主電路工作原理分析 本章 主要從兩個方面方 分析 交錯并聯(lián)雙管正激變換器穩(wěn)態(tài)工作原理： ①變換器輸入輸出的基 本關(guān)系以及電路中各個器件的電壓電流應力關(guān)系。這部分的工作主要 是為第三章功率電路各器件的設計選取提供依據(jù)。 交錯并聯(lián)雙管正激變換器的基本關(guān)系 為方便論述，將第一章交錯并聯(lián)雙管正激變換器的主電路再畫在這里，如圖 21 所示。 Q 1Q 2Q 3Q 4D 1D 2D 3D 4T 1T 2D 5D 6D 7LCRV i 圖 21 交錯并聯(lián)雙管正激變換器 ① 輸 出電壓與輸入電壓的關(guān)系 2Vo DVi K? 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 8 其中 D 是單路占空比 ， K 是變壓器的變比 （ 文中出現(xiàn)的占空比都是指單路占空比 ） 。 ④副邊續(xù)流管的電壓電流應力 流過續(xù)流管電流的有效值為 12DFI Io D?? 副邊續(xù)流二極管的電壓應力是變壓器副邊電壓 。 變換器中變壓器的磁化過程 對于共用一個電感的交錯并聯(lián)雙管正激變 換器來說，其磁化曲線不象單路雙管正激變換器是第一象限單向磁化的， 而是 會運動到第三 象限。 【 6】 下面依據(jù)圖 22所示的電壓電流原理波形，對這個過程進行簡要 的分析 。 第 2章 主電路工作原理分析 9 t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5Vgs 1 . 2Vgs 3 . 4Vds 1 . 2VD 1 . 2VD 5ID 5VD 7ID 7圖 22 半導體器件的 電壓電流原理圖 在 t0 時 刻前， Q Q D D2 上電壓均為 （ 1/2） Vin， Q Q4 上電壓均為 Vin。 t0 時刻， Q Q2 開通， D D Q Q4 仍截止， D D4 仍導通， T2 勵磁電流繼續(xù)通過 D D4 續(xù)流，線性減小，回饋電源。 t1 時刻，勵磁電流為零， D D4 自然關(guān)斷。D5 關(guān)斷， D7 開通，負載電流 I0 經(jīng) D7 續(xù)流。 Q Q2 承受的電壓為 Ui。 ： 以 T1 為例，當 Q Q2 關(guān)斷后，由于變壓器的原邊、副邊均有剩磁，所以流過原副邊的電流不能突變?yōu)榱?，原邊電流?jīng)續(xù)流二極管 D D2 續(xù)流，燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 10 并逐漸減小，復邊電流經(jīng) D5 續(xù)流，電感電流經(jīng) D7 續(xù)流，此時二極管 DD7 均導通，使變壓器副邊短路，副邊電壓為零，由于變壓器的箝 位作用，使原邊電壓為零，原邊電流迅速減小為零，實現(xiàn)變壓器復位。并且主功率管關(guān)斷期間只承受電源電壓， 這樣就可以選用高速的 MOS 管， 從而減小輸出和輸入的濾波元件的體積。 ②由于兩路交錯并聯(lián)，使得整流側(cè)輸出電壓等效占空比增加一倍，這就帶來兩個好處： 的情況下， 整流側(cè)輸出電壓占空比可以在 0~1 之間變化，提高了電路的動態(tài)響應，并且有利于驅(qū)動電路的設計； ，變壓器副邊匝數(shù)減少一倍，這使得整流側(cè)峰值電壓減小一半，續(xù)流時間減小， 有利于選擇低電流定額的續(xù)流管。 【 10】 本章小結(jié) 本章首先分析雙管正激變換器穩(wěn)態(tài)工作原理 ，主要從兩 個方面展開 ： ①變換器輸入輸出的基本關(guān)系以及電路中各個器件的電壓電流應力關(guān)系。 這部分的工作主要是為第三章功率電路各器件的設計選取提供依據(jù)。由于交錯并聯(lián)雙管正激變換器的變壓器有個短暫的反向磁化的過程，這是單路雙管正激變換器的變壓器所沒有的一個過程，因此這里單獨對變壓器的磁化過程進行 了簡要的分析。 20% 輸入電壓 ： 交流電壓 整流后得 410VDC~615VDC 輸出電壓： 180V 直流輸出 輸出功率 ：該變換器是某逆變器的前級， 逆變器輸出滿載功率為 3KW。 保護功能 ：輸入過壓保護、輸出過壓保護、原邊過流保護、后級保護、前級保護、輸出短路時具有限流功能 (故障消除時能恢復正常工作 )。 由于輸入濾波電容的存在，忽略三相整流后電壓的波動， 從而近似輸入電壓無波動。在輸入電壓最低為 410VDC時，保證輸出電壓以達到 180V。 b、磁芯選擇 根據(jù)公式 4P 1 0JKTwe w o sAA Bf?? ? ? ? （ 32） 其中等價功率 PT=， Bw取 ，載流密度 J=4A/mm2，窗口利用系數(shù) KO=， ,得磁芯尺寸為 ， EE55B 型磁芯符合 . 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 12 再 根據(jù)公式 61 1 0Aip w e sVDN Bf? ? ?? （ 33） 得到變壓器原邊參數(shù) N1=，取 28，根據(jù)變比要求取副邊匝數(shù)為 14。 b、濾波電容 根據(jù)公式 4 SC Rf??? ?? （ 35） 其中 R 為 5? ， ?? ， Sf =50KHZ， 求 得 C=70uF。 續(xù)流管中流過的是變壓器磁化電流，取磁化電流為負載電流 的 5%，因此得到流過原邊續(xù)流管的電流為 33000 .0 5 0 .9 9180IA? ? ? 原邊續(xù)流管的電壓應力是輸入直流母線電壓，最大為 615V，選取DSEl8—12 型二極管。 開關(guān)頻率相對于輸出功率變化的頻率很高，在每個開關(guān)周期中， 電感電第 3章 電路參數(shù)設計 13 流近似不變。 控制電路關(guān)鍵參數(shù)設計 控制電路采用 Unitrode 公司的集成芯片 UC3525，此芯片是電壓型芯片，可以外接一個運算放大器， 做電壓環(huán)，其內(nèi)部的運放用 來做電流環(huán)，該 芯片具有功能強大、集成度高等優(yōu)點，能完全滿足控制及保護功能要求 。 【 10】 根據(jù)控制要求， 采用如圖 31 所示的 3525 外圍電路及參數(shù)要求。 開關(guān)頻率為 50KHz,內(nèi)部振蕩頻率為100 KHz,可確定 : ? , nF? 。 芯片加電后， 軟啟動端 P8 腳提供 50uA 的輸出電流， 把電容電壓從 0V緩慢充至 ， 對應輸出占空比從 0 緩慢增至最大值， 設定軟啟動電容 l0uF。在變換器出現(xiàn)某些故障時，可以拉低軟啟動端電平，使輸出為零， 如輸出過欠壓故障、輸 入過壓故障、功率管過流故障等。 端保護 當 Shutdowm 端電平高于 ，切斷芯片工作，沒有驅(qū)動信號輸出，燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 14 并給軟啟動端電容復位： 當 Shutdowm 端電平低于 時，重新軟啟動。某些故障保護端必須加在 Shutdowm， 如功率