【正文】 調(diào)節(jié)輸出電壓；變頻控制(PFM)則有:定開(kāi)通時(shí)間、定關(guān)斷時(shí)間、遲滯比較等幾種控制方式。(1)電壓控制模式電壓模式控制如圖 ，電壓模式控制電路采用脈寬調(diào)制，僅含一個(gè)電壓反饋閉環(huán)。 電壓控制模式(2)峰值電流控制模式峰值電流模式，電路將誤差電壓信號(hào)送至比較器，與一個(gè)變化的其峰值代表電感電流峰值的三角狀波形信號(hào)比較，而不是與振蕩電路所產(chǎn)生的固定三角波電壓斜坡信號(hào)比較，從而確定PWM 脈沖關(guān)斷時(shí)刻。此外，峰值電流模式是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)：外環(huán)電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)電流環(huán)。電路的功率級(jí)是一個(gè)由電流內(nèi)環(huán)控制的電流源，而此功率級(jí)的電流源受電壓外環(huán)的控制。 峰值電流控制模式(3)平均電流控制模式平均電流模式控制PWM 電路，將誤差電壓接至電流誤差信號(hào)放大器的同相端。電流誤差信號(hào)放大器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)電流放大器放大后，得到平均電流跟蹤誤差信號(hào)。為了避免次諧波振蕩，必須注意平均電流跟蹤誤差信號(hào)的上斜坡不能超過(guò)三角鋸齒波信號(hào)的上斜坡。滯環(huán)電流模式是由輸出電壓值Uo、控制電壓值Vmax及Vmin 三個(gè)電壓值確定的一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，去除了發(fā)生次諧波振蕩的可能性。電路采用兩條支路交替工作，一方面降低了開(kāi)關(guān)應(yīng)力，另一方面省去了復(fù)雜的磁復(fù)位電路，本身就能可靠的給變壓器復(fù)位。 交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激變換器功率電路圖交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激式DC/DC變換器有以下特點(diǎn)：第一，任何工作條件下，開(kāi)關(guān)管所承受的電壓不會(huì)超過(guò)輸入電壓。第三，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)一致，會(huì)同時(shí)處于通態(tài)或斷態(tài)，其開(kāi)關(guān)管比較容易選擇?；パa(bǔ)方式工作的交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能將同頻工作下的開(kāi)關(guān)管輸出電壓頻率提高一倍，減小了輸出濾波電感的大小。同時(shí)也將整流側(cè)的峰值電壓減小了一半，續(xù)流時(shí)間縮短，這有利于續(xù)流二級(jí)管的選擇。綜上所述，交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激電路結(jié)構(gòu)不需添加其他回路就能實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁能量的回饋，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，損耗低。而并聯(lián)結(jié)構(gòu)縮小了輸出濾波電感的體積，降低了器件的應(yīng)力，從而減小了損耗。由于課題指標(biāo)對(duì)變換器的輸出電壓范圍精度要求較高，所以采用電壓反饋控制方式。輸出電壓反饋信號(hào)跟隨基準(zhǔn)電壓變化而變化，誤差信號(hào)經(jīng)放大、比較后，送給PWM控制器，從而調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)控制輸出電壓的目的。第二章分析了功率電路的運(yùn)行模態(tài)，計(jì)算了元器件的參數(shù)。第四章對(duì)第三章所建立的控制電路，用Matlab、Psim進(jìn)行閉環(huán)仿真，從仿真結(jié)果驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。本章敘述了開(kāi)關(guān)電源概況和本課題研究的意義，列舉并比較了各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，給出了課題研究方案及其控制框圖。VVDD2構(gòu)成一條支路，VVDD4構(gòu)成第二條支路，它們工作頻率大小相等，功率管工作相位相差180176。輸出回路需有兩個(gè)整流二極管DD6和一個(gè)續(xù)流二極管D7。CV1~CV4分別為V1~V4的漏源結(jié)電容，變壓器一次側(cè)與二次則匝數(shù)比為N=N1：N2。理想假設(shè)如下：(1)變換器以工作在穩(wěn)定狀態(tài)；(2)濾波電感足夠大，以保證在功率開(kāi)關(guān)的一個(gè)周期中，其電流基本不變；(3) 電路中所有元器件均為理想器件。其中，UV1,2，UV3,4分別為加在開(kāi)關(guān)管VVVV4柵極和源極間的驅(qū)動(dòng)電壓，UD1,2， UD3,4分別為加在二極管DDDD4上的電壓。根據(jù)波形圖，可以把電路的一個(gè)工作周期分為6個(gè)模態(tài)，~。電源與變壓器T2原邊線圈接通，電流上升，向T2副邊傳送電能。與此同時(shí)，開(kāi)關(guān)管VV4截止，二極管DD4導(dǎo)通，儲(chǔ)存在變壓器T1原邊的電能通過(guò)DD4形成回路回饋電源，電流減小。變壓器原邊勵(lì)磁電流計(jì)算如下： (21) (22)其中，L1M、L2M分別為變壓器TT2原邊線圈的磁化電感。UV1,2VV1,2UD3,4VV3，4UD1,2UV3,4i1mi2mUD7t0t1t2t3t4t5t61/2UiUinUin1/2UiUin1/2Ui1/2UiDT 變換器工作波形圖 [t0~t1]Ⅱ 模態(tài)2 [t1~t2]，本模態(tài)時(shí)段中，VV2仍然導(dǎo)通，向變壓器副邊供電。由于CVCV4的放電作用，i1M反向流動(dòng)，在此模態(tài)時(shí)段內(nèi)，若CVCV4放電完畢，則VV4兩端電壓降為0，此時(shí)因VV4體二極管導(dǎo)通， VV4兩端電壓只能箝位為0。電路中漏源結(jié)電容CVCV4與T1原邊線圈構(gòu)成LC振蕩電路，C總為CVCV4的等效總電容，則： 又因?yàn)镃V3=CV4，所以 ，則： (23) (24) (25)其中， 。變壓器T2原邊勵(lì)磁電流減小。T1的原邊繼續(xù)諧振，從而線圈同名端電壓為正，使得DD7同時(shí)導(dǎo)通，T1副邊電壓箝位于0，因此T1原邊與VV4漏源結(jié)電容構(gòu)成諧振電路，釋放漏感儲(chǔ)能，T2原邊磁化電流降至0,。Ⅳ 模態(tài)4 [t3~t4]，開(kāi)關(guān)管VV4導(dǎo)通，二極管DD4截止。副邊電路中整流二極管D5導(dǎo)通，續(xù)流二極管D7截止，負(fù)載兩端電壓上升。變壓器原邊電流計(jì)算如下： (210) (211) [t3~t4]Ⅴ 模態(tài)5 [t4~t5]，本模態(tài)時(shí)段中i2M重復(fù)i1M諧振的過(guò)程。變壓器T1原邊勵(lì)磁電流減小。則指標(biāo)如下：輸入直流電壓( Vin ):12VDC(電壓范圍：)。輸出功率(PO)：200W。主功率管開(kāi)關(guān)頻率：100kHz。保護(hù)功能：具有輸出過(guò)壓和欠壓保護(hù)、過(guò)流和短路保護(hù)、輸入反極性保護(hù)以及輸入欠壓保護(hù)。變壓器線圈內(nèi)電阻壓降和功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通壓降先不考慮在內(nèi)，只分析主電路中變壓器鐵芯的內(nèi)磁通變化規(guī)律，關(guān)系式如下：TON 期間： (215)TOFF 期間(t2~t3)： (216)其中，N1為變壓器原邊線圈匝數(shù)，Sc為鐵芯截面積，Ui為功率電路輸入電壓。功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷后，B由Bm趨向Br，t4時(shí)刻，漏源結(jié)電容開(kāi)始諧振，因此勵(lì)磁電流開(kāi)始反向流動(dòng)，這時(shí)，B由Br再進(jìn)一步減小。由于雙管正激電路諧振現(xiàn)象的存在，變壓器很可能會(huì)被雙向磁化，以變壓器T2為例，但短時(shí)間內(nèi)的諧振并沒(méi)有使鐵芯磁感應(yīng)B發(fā)生明顯變化，所以，在主功率管重新開(kāi)通時(shí)，B又可以重新恢復(fù)至Br。DB的計(jì)算由公式(215)變型，得： (217)UV1,2UT2原邊t0t1t2t3t4t5t6BmBrB 變壓器原邊線圈電壓與鐵芯磁感應(yīng)B的波形這種類(lèi)型的工作狀態(tài)對(duì)鐵芯材料有如下幾點(diǎn)要求：第一，鐵芯應(yīng)盡量工作于局部磁滯回線，因?yàn)檫@樣所包圍的面積較小，損耗也較低；進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，局部磁滯回線的磁導(dǎo)率是較低的。要提高鐵芯利用率，就要增大DB，所以鐵芯應(yīng)選擇高Bs及低Br的材料；或?qū)㈣F芯開(kāi)一個(gè)小氣隙，以達(dá)到降低Br的目的，但這樣做的同時(shí)增大了勵(lì)磁電流，從而又增加了損耗?？傊?，應(yīng)選擇高Bs、低Br、高有效磁導(dǎo)率ue及低損耗的磁性材料。Ⅱ.變壓器設(shè)計(jì)1．下面對(duì)交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激電路進(jìn)行變壓器設(shè)計(jì)：指標(biāo)：輸入電壓Ui=12V(~)輸出電壓Uo=264V輸出功率Po=200W（本設(shè)計(jì)按1倍過(guò)流計(jì)算）工作頻率fs= 100kHz(1)選取鐵氧體材料，型號(hào)為EE型R2KBD電路是驅(qū)動(dòng)起動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)合閘瞬間的沖擊電流所引起的變壓器飽和，因此確定工作磁感應(yīng)強(qiáng)度為： (218)(2)鐵芯型號(hào)的計(jì)算與確定由交錯(cuò)并聯(lián)的特點(diǎn)，變壓器傳遞的脈寬小于T/2，T為周期，鐵芯的功率處理能力由鐵芯尺寸決定，所以，工程設(shè)計(jì)一般按輸出功率來(lái)確定鐵芯型號(hào)。選取EE33鐵芯，它的有效截面積與鐵芯窗口面積的計(jì)算如下：因此：該鐵芯的SQ值大于計(jì)算值,選定該鐵芯型號(hào)。 (221)副邊繞組匝數(shù)為：（UD為整流二極管的壓降，r為副邊導(dǎo)線電阻）取N2=57匝。暫不考慮流經(jīng)N2與濾波電感電流的紋波，因此流過(guò)N2的電流幅值就等于流過(guò)電感電流的平均值，即負(fù)載電流Io。結(jié)合工程要求，選取導(dǎo)線為：原邊：，副邊：。(5)鐵芯窗口面積的核算取銅皮的寬度為26mm。由變壓器設(shè)計(jì)可知，它等于流經(jīng)功率開(kāi)關(guān)管電流的有效值。(1) 原邊續(xù)流二極管的選取交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激電路，原邊續(xù)流二極管所流經(jīng)的電流等于變壓器原邊的磁化電流。(2) 副邊整流二極管的選取副邊整流二極管最大反向電壓為兩倍的副邊電壓，有： (234)最大電流有效值： (235)因此選取副邊整流二極管為MUR8100，它是快恢復(fù)二極管，其最大平均電流為8A，最大反向耐壓達(dá)1000V。雙管正激變換器屬于Buck族電路，可等效為開(kāi)關(guān)頻率高一倍的Buck電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通、截止時(shí)變換器的基爾霍夫電壓方程分別為式(238)～(239)。 再根據(jù)電路條件，列出(240)和(241)方程式： (240) (241)聯(lián)立(238)~(241)，得： 。，可將電感的值，適當(dāng)放大些，可以取2mH。取濾波電容C=5。根據(jù)分析結(jié)果，選定了變壓器、功率開(kāi)關(guān)以及各種二極管的型號(hào)，并進(jìn)行了相應(yīng)的工程計(jì)算，確定了濾波電感電容的大小。狀態(tài)空間平均法的建模思路相同與基本建模思想，即在某一靜態(tài)工作點(diǎn)中引入小信號(hào)的擾動(dòng)，以獲得系統(tǒng)在加入正弦小信號(hào)擾動(dòng)之后的微小變化，再用狀態(tài)方程形式對(duì)基本建模法加以整理，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，使各種不同結(jié)構(gòu)變換器的解析模型具有了統(tǒng)一的形式。其交錯(cuò)并聯(lián)的工作模式，可以等效為一個(gè)開(kāi)關(guān)頻率高一倍的Buck電路，即，其中n為變壓器原副邊匝數(shù)比，為等效輸入電壓，為等效開(kāi)關(guān)頻率。(4)電路工作于電流連續(xù)模式(CCM)。 (a)導(dǎo)通狀態(tài) (b)關(guān)斷狀態(tài) 交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激電路兩種工作狀態(tài)工作狀態(tài)1此時(shí)變壓器副邊電路整流二極管導(dǎo)通，續(xù)流二極管截止，(a)所示，電感電壓vL(t)與電容電流ic(t)分別為： (31)輸入電流ig(t)即為電感電流i(t)，輸出電壓v(t)即為電容電壓，則有 (32)將(31)與(32)寫(xiě)成狀態(tài)方程與輸出方程的形式為 (33) (34)由式(33)和(34)得出ABC1和E1分別為： (35)工作狀態(tài)2此時(shí)變壓器副邊電路整流二極管截止，續(xù)流二極管導(dǎo)通，(b)所示，電感電壓vL(t)與電容電流ic(t)分別為： (36)由于該狀態(tài)時(shí)，變壓器副邊電路正在續(xù)流，因此輸入電流為零，則 (37)輸出電壓v(t)仍為電容電壓v (t)本身。確定交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激電路的靜態(tài)工作點(diǎn)為 (315) (316)由式(315)得交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激電路的電壓變比與電感電流的穩(wěn)態(tài)值分別為 (317) (318)由式(316)得出輸入電流的穩(wěn)態(tài)值為 (319)與狀態(tài)向量、輸入向量和輸出向量相對(duì)應(yīng)的交流小信號(hào)分量向量分別為：，和，建立交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激電路的小信號(hào)狀態(tài)方程與輸出方程為(320) (321)其中，直流分量V和I由式(317)、(318)確定。根據(jù)式(317)，可知交錯(cuò)并聯(lián)式雙管正激電路的穩(wěn)態(tài)電壓變比為 (327)M(D)為變換器的穩(wěn)態(tài)電壓變比的理想值，則 (328)由于分析對(duì)象為理想變換器，則k=1，所以 (329)以輸入電流ig(t)和輸出電壓v(t)為輸出變量，利用式(326)可表示為 (330) (331)將式(35)、(310)、(311)、(314)和(315)代入式(326)，得(33