ZVS移相全橋變換器設(shè)計(jì)

1、電氣工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 設(shè)計(jì)題目： 系 別： 年級(jí)專業(yè)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程名稱： 電力電子與電源綜合課程設(shè)計(jì) 基層教學(xué)單位：電氣工程及自動(dòng)化系 指導(dǎo)教師： 朱艷萍學(xué)號(hào)學(xué)生姓名（專業(yè)）班級(jí)設(shè)計(jì)題目ZVS移相全橋變換器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)輸入電壓：DC 450V 輸出電壓：DC 24V輸出功率：200W 開(kāi)關(guān)頻率：20kHz效率：設(shè)計(jì)要求1、主電路設(shè)計(jì)：移相全橋變換器；主功率器件參數(shù)、輸出濾波器參數(shù)、主電路連接導(dǎo)線截面積計(jì)算與選擇；2、高頻變壓器設(shè)計(jì)：磁芯計(jì)算與選擇、原副邊匝數(shù)計(jì)算、漆包線截面積計(jì)算與選擇。3、控制電路設(shè)計(jì)：電壓閉環(huán)以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。

2、 4、過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)參考資料1、電力電子技術(shù)(第5版) 王兆安主編 機(jī)械工業(yè)出版社 20092、脈寬調(diào)制DC/DC全橋變換器的軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 阮新波 嚴(yán)仰光 科學(xué)出版社3、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 陳伯時(shí) 機(jī)械工業(yè)出版社4、開(kāi)關(guān)電源原理與設(shè)計(jì) 張占松 蔡宣三 周次第一周第二周應(yīng)完成內(nèi)容完成全部方案設(shè)計(jì)：周一、二：查、閱相關(guān)參考資料周二至周五：方案設(shè)計(jì)、完善周一、二：完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)周三、四：繪制A1設(shè)計(jì)圖紙周五：答辯考核指導(dǎo)教師簽字朱艷萍基層教學(xué)單位主任簽字孫孝峰說(shuō)明：1、此表一式三份，系、學(xué)生各一份，報(bào)送院教務(wù)科一份。 2、學(xué)生那份任務(wù)書(shū)要求裝訂到課程設(shè)計(jì)報(bào)告前面。 電氣工程學(xué)院 教務(wù)科電力電子與電源

3、課程設(shè)計(jì)組內(nèi)自評(píng)表題目：班級(jí)：工作質(zhì)量排名姓名組內(nèi)分配工作內(nèi)容本人簽名1234摘要首先，本文闡述PWM DC/DC變換器的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，且根據(jù)移相控制PWM全橋變換器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選定適合于本論文的零電壓開(kāi)關(guān)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的電路拓?fù)?，并?duì)其基本工作原理進(jìn)行闡述，同時(shí)給出ZVS軟開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)策略。 其次，對(duì)選定的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，給出主電路中各參量的設(shè)計(jì)及參數(shù)的計(jì)算方法，包括輸入、輸出整流橋及逆變橋的器件的選型，輸入整流濾波電路的參數(shù)設(shè)計(jì)、高頻變壓器及諧振電感的參數(shù)設(shè)計(jì)以及輸出整流濾波電路的參數(shù)設(shè)計(jì)。然后，論述移相控制電路的形成，對(duì)移相控制芯片進(jìn)行選擇，同時(shí)對(duì)移相控制芯片UC3875進(jìn)行詳

4、細(xì)的分析和設(shè)計(jì)。對(duì)主功率管MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn) 最后，基于理論計(jì)算，對(duì)系統(tǒng)主電路進(jìn)行仿真，研究其各部分設(shè)計(jì)的參數(shù)是否合乎實(shí)際電路。搭建移相控制ZVS DC/DC全橋變換器的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上做了大量的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的DC/DC變換器能很好的實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，提高效率，使輸出電壓得到穩(wěn)定控制，最后通過(guò)調(diào)整移相控制電路，可實(shí)現(xiàn)直流輸出的寬范圍調(diào)整，具有很好的工程實(shí)用價(jià)值。行分析和設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞 開(kāi)關(guān)電源;高頻變壓器;移相控制;零電壓開(kāi)關(guān);UC3875 目錄摘要4第1章緒論6第2章PWM DC/DC全橋變換器軟開(kāi)關(guān)技術(shù)72.1 PWM DC/DC全橋變換器72.1.1全橋變換器的

5、基本工作原理72.1.2 PWM DC/DC全橋變換器的軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)82.2 PWM DC/DC全橋變換器實(shí)現(xiàn)ZVS92.3整流二極管的換流情況102.4本章小結(jié)12第3章PWM DC/DC變換器控制回路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)133.1移相控制電路原理133.2 移相控制芯片UC3875143.2.1 控制芯片引腳功能介紹143.3 控制方案分析15第4章仿真與參數(shù)設(shè)計(jì)174、1參數(shù)設(shè)計(jì)174.1.1主電路參數(shù)設(shè)計(jì)174.1.2高頻變壓器的設(shè)計(jì)17第1章緒論 早期提出的軟開(kāi)關(guān)變換器是諧振變換器，準(zhǔn)諧振變換器和多諧振變換器。實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)或零電流開(kāi)關(guān)，減小了開(kāi)關(guān)損耗，提高了變換器的變換效率，開(kāi)關(guān)頻率

6、大大提高，減小了體積和重量。但是這些變換器的器件應(yīng)力大，循環(huán)能量大，而且要采用頻率調(diào)制，不利于優(yōu)化設(shè)計(jì)濾波器。為了保留諧振變換器的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)，同時(shí)采用PWM控制方式，實(shí)現(xiàn)恒定頻率調(diào)節(jié)，利于優(yōu)化設(shè)計(jì)濾波器，90年代出現(xiàn)了零轉(zhuǎn)換變換器。所謂零轉(zhuǎn)換變換器，就是只是在開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)過(guò)程中變換器工作在諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)或零電流開(kāi)關(guān)，其他時(shí)間均工作在PWM控制方式下。這種變換器適應(yīng)通訊技術(shù)和電力系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)通訊開(kāi)關(guān)電源和電力操作電源 本課設(shè)所做的具體工作如下:1.分析移相控制PWM全橋變換器軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的基本工作原理，并分析實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的條件，以及整流二極管的換流情況。2.對(duì)移相控制

7、PWM全橋變換器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，研究主電路中各參量的設(shè)計(jì)方法，包括:輸入整流橋、逆變橋、輸出整流二極管的選型，輸入濾波電路母線支撐電容的設(shè)計(jì)，高頻變壓器及諧振電感的設(shè)計(jì)，輸出濾波電路中濾波電感及濾波電容的設(shè)計(jì)。3.詳細(xì)分析移相控制芯片，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。4.理論計(jì)算和仿真研究設(shè)計(jì)參數(shù)。第2章PWM DC/DC全橋變換器軟開(kāi)關(guān)技術(shù)2.1 PWM DC/DC全橋變換器2.1.1全橋變換器的基本工作原理PWM DC/DC全橋變換器的基本電路結(jié)構(gòu)及其波形如圖所示。T1-T4是四支主功率管，D1-D4為主功率管的反并聯(lián)二極管，TR是輸出變壓器，其原副邊繞組匝數(shù)比K=N1/N2， V

8、D1和VD2是輸出整流二極管，Lf和Cf是輸出濾波電感和電容，RL是負(fù)載。輸入直流電源電壓為Vin，輸出直流電壓為Vo。所謂移相控制方式就是T1和T2輪流導(dǎo)通，各導(dǎo)通180度電角度，T3和T4亦如此，但是T1(或T2)和T4(或T3)不同時(shí)導(dǎo)通，兩者導(dǎo)通差a電角度，如圖 (b)所示。其中T1和T2分別先于T4和T3關(guān)斷，故稱T1和T2組成的橋臂為超前橋臂，T3和T4組成的橋臂為滯后橋臂。通過(guò)控制T1-T4四只開(kāi)關(guān)管，在AB兩點(diǎn)得到一個(gè)幅值為Vin的交流方波電壓，經(jīng)過(guò)高頻變壓器的隔離和變壓后，在變壓器副邊得到一個(gè)幅值為Vin/K的交流方波電壓，然后通過(guò)由VD1和VD2構(gòu)成的輸出整流橋，在CD兩點(diǎn)

9、得到幅值為Vin/K的直流方波電壓。Lf與和Cf組成的輸出濾波器將這個(gè)直流方波電壓中的高頻分量濾去，在輸出端得到一個(gè)平直的直流電壓，其電壓值為Vo= DVin/K，其中D是占空比，D=2*Ton/Ts，To是導(dǎo)通時(shí)間，Ts是開(kāi)關(guān)周期，由Vo的公式知，可以通過(guò)調(diào)節(jié)占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓Vo，又D=2*Ton/Ts =1- a/180，從而可以通過(guò)控制移相角來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓Vo.2.1.2 PWM DC/DC全橋變換器的軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn) 1.超前橋臂的軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)在圖中，T1和T4同時(shí)導(dǎo)通，vAB =Vin,變壓器一次側(cè)電流流過(guò)T1和T4。在某一時(shí)刻先關(guān)斷T1，原邊電流從T1上轉(zhuǎn)移到C1和C2支路上，給C1充

10、電，同時(shí)C2被放電。由于有C1和C2,T1是零電壓關(guān)斷。在這個(gè)過(guò)程中，漏感Lrk和濾波電感與串聯(lián)，而且Lf很大，因此可以認(rèn)為原邊電流Ip近似不變，類似于一個(gè)恒流源。這樣C1的電壓線性增大，同時(shí)C2的電壓線性減小。當(dāng)C1的電壓上升到Vin時(shí)，C2的電壓下降到零，T2的反并聯(lián)二極管D2自然導(dǎo)通，此時(shí)開(kāi)通T2就是零電壓開(kāi)通。此時(shí)Vab=0 ,同理于T2關(guān)斷的情況。 從上面的分析可以得到:超前橋臂在關(guān)斷時(shí)，輸出濾波電感與漏感串聯(lián)，原邊電流是一個(gè)恒流源，因此超前橋臂只能實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)，不能實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)關(guān)，而且超前橋臂容易實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)。 3.滯后橋臂的軟開(kāi)關(guān) 1)滯后橋臂的零電壓開(kāi)關(guān) 如果續(xù)流狀態(tài)處于恒

11、流模式，原邊電流流過(guò)D2和T4。當(dāng)T4關(guān)斷時(shí)，原邊電流從T4上轉(zhuǎn)移到C3和C4支路上，給C4充電，同時(shí)C3被放電。由于有C3和C4,T4是零電壓關(guān)斷。當(dāng)C4的電壓上升到Vin時(shí)，C3的電壓下降到零，T4的反并聯(lián)二極管D4自然導(dǎo)通，此時(shí)開(kāi)通T4就是零電壓開(kāi)通。此時(shí)vAB=0。同理于T3關(guān)斷的情況。 在T4關(guān)斷后，由于vab =-vc 4 , vAB，為負(fù)電壓，使VD2導(dǎo)通， VD1與VD2換流，因而短接了變壓器副邊，變壓器原邊電壓為零。此時(shí)與C3和C4諧振的能量是由漏感Llk提供的。由于Llk的電感量很小，如果Llk提供的能量不能使口和C3充放電結(jié)束就使得原邊電流ip反向，那么C3上的電壓就會(huì)開(kāi)

12、始增加，此時(shí)開(kāi)通T3就不能實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通，而是硬開(kāi)通。 從上面的分析可以得到:(1)滯后橋臂實(shí)現(xiàn)ZVS的能量是漏感的能量;(2)漏感遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸出電感，因此滯后橋臂較超前橋臂實(shí)現(xiàn)ZVS更困難;(3)漏感能量與負(fù)載有關(guān)。負(fù)載越大，能量越大;反之越小。在負(fù)載較小時(shí)，漏感能量不足以使滯后橋臂實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)，必須采用輔助電路來(lái)幫助漏感實(shí)現(xiàn)滯后橋臂的零電壓開(kāi)關(guān)。2)滯后橋臂的零電流開(kāi)關(guān) 如果續(xù)流狀態(tài)處于電流復(fù)位模式，則當(dāng)T4關(guān)斷時(shí)，原邊電流為零，T4是零電流關(guān)斷。當(dāng)T3開(kāi)通時(shí)，由于漏感的存在，原邊的電流不能突然增加，而是以一定的斜率增加，因此可以認(rèn)為T(mén)3是零電流開(kāi)通。同理于T3關(guān)斷的情況。 從上面的分析可

13、以得到:(1)在電流復(fù)位模式下，滯后橋臂實(shí)現(xiàn)zcs ;(2)滯后橋臂開(kāi)關(guān)管兩端不能并聯(lián)電容，否則在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)，其并聯(lián)電容上的電壓不能為零，其能量將全部消耗在開(kāi)關(guān)管中，使開(kāi)關(guān)管發(fā)熱，而且還會(huì)在開(kāi)關(guān)管中產(chǎn)生很大的電流尖峰，造成開(kāi)關(guān)管的損壞;(3)在續(xù)流狀態(tài)時(shí)，原邊電流回到零后，不能反向增加。否則在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的開(kāi)通電流尖峰，容易損壞開(kāi)關(guān)管，從而失去了零電流開(kāi)通的條件。2.2 PWM DC/DC全橋變換器實(shí)現(xiàn)ZVS兩個(gè)橋臂實(shí)現(xiàn)ZVS1.實(shí)現(xiàn)ZVS的條件要實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通，必須有足夠的能量用來(lái):1)抽走將要開(kāi)通的開(kāi)關(guān)管的外部附加電容上的電荷;2)給同一橋臂關(guān)斷的開(kāi)關(guān)管的外部附加電

14、容充電;3)考慮到變壓器原邊繞組電容，還要有一部分能量用來(lái)抽走變壓器原邊繞組寄生電容CTR上的電荷。也就是說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通，必須滿足下式2.超前橋臂實(shí)現(xiàn)ZVS在超前橋臂開(kāi)關(guān)過(guò)程中，輸出濾波電感與是與諧振電感L;是串連的，此時(shí)用來(lái)實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)的能量是濾波電感與與諧振電感Lr中的能量。另外參與諧振的還有變壓器的勵(lì)磁能量Wmag(相對(duì)很小，可忽略)，因此要實(shí)現(xiàn)超前橋臂的ZVS，只要滿足3.滯后橋臂實(shí)現(xiàn)ZVS在滯后橋臂的開(kāi)關(guān)過(guò)程中，變壓器副邊是短路的，此時(shí)整個(gè)變換器就被分為兩部分，一部分是原邊電流逐漸改變流通方向，其流通路徑由全橋提供;另一部分是負(fù)載電流由整流橋提供續(xù)流回路，負(fù)載側(cè)與變壓

15、器原邊沒(méi)有能量傳遞。此時(shí)用來(lái)實(shí)現(xiàn)ZVS的能量只是諧振電感L，中的能量，如果不滿足(2-22)式，那么就無(wú)法實(shí)現(xiàn)ZVS。即由于輸出濾波電感與不參與滯后橋臂ZVS的實(shí)現(xiàn)，較超前橋臂而言，滯后橋臂實(shí)現(xiàn)ZVS就困難得多，因?yàn)檩敵鲋C振電感比輸出濾波電感要小得多。2.3整流二極管的換流情況 在移相控制ZVS PWM DC-DC全橋變換器中，輸出整流電路一般有兩種，一種是全橋整流方式，一種是全波整流方式。當(dāng)輸出電壓比較高，輸出電流比較小時(shí)，一般采用全橋整流方式。當(dāng)輸出電壓比較低，輸出電流比較大時(shí)，為了減少整流橋的通態(tài)損耗，提高變換器的效率，一般采用全波整流方式。無(wú)論采用何種整流方式，變壓器在副邊占空比丟失這

16、段時(shí)間里都工作在短路狀態(tài)，下面分析一下在這一時(shí)間段整流二極管的換流情況。全波整流方式圖給出了副邊全波整流方式的電路圖及其換流波形。變壓器副邊各自電流的參考方向如圖所示，這樣有 在t2時(shí)刻，負(fù)載電流流經(jīng)VD1。在（t2-t5）時(shí)段里，變壓器原邊電流減小，其副邊繞組Ls1，的電流也減小，小于輸出濾波電感電流，即is1<iLF<isL不足以提供負(fù)載電流，此時(shí)VD2導(dǎo)通，由副邊繞組LS2為負(fù)載提供不足部分的電流，即根據(jù)式(2-54)和(2-55)，可以知道整流管的換流情況:1) (t2， t4)時(shí)段，ip >0，流過(guò)VD1的電流大于流過(guò)VD2的電流，即2) t4時(shí)刻，iP = 0，兩

17、個(gè)整流管中流過(guò)的電流相等，均為負(fù)載電流的一半，3)(t4,t5時(shí)段，iP<0，流過(guò)VD1的電流小于流過(guò)VD2的電流，即4) ts時(shí)刻，ip=-iLf/K , VD2中流過(guò)全部負(fù)載電流，VD1電流為零，即此時(shí)VD1關(guān)斷，VD2承擔(dān)全部負(fù)載電流，從而完成整流管的換流過(guò)程。2.4本章小結(jié) 移相控制全橋零電壓PWM變換器應(yīng)用廣泛，適合大功率、低電壓等場(chǎng)合。該變換器利用變壓器的漏感和功率管的寄生電容作為諧振元件，使全橋PWM變換器的四個(gè)開(kāi)關(guān)管均在ZVS條件下導(dǎo)通。 本章分析了移相控制方式的DC/DC變換器的基本原理，且可以得出以下結(jié)論: 1)移相控制零電壓PWM變換器工作于零電壓開(kāi)關(guān)條件下，因而大

18、大減小了開(kāi)關(guān)損耗，有利于提高開(kāi)關(guān)頻率，減小變換器的體積和重量; 2)無(wú)論副邊是全橋整流方式還是全波整流方式，變壓器原副邊的電壓電流是符合變壓器的基本規(guī)律的; 3)超前橋臂比滯后橋臂容易實(shí)現(xiàn)ZVS ;4)由于諧振電感串聯(lián)于主回路中，使得原邊電流不能突變，因此副邊存在占空比丟失的現(xiàn)象。第3章PWM DC/DC變換器控制回路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)移相控制電路是高頻開(kāi)關(guān)電源的重要組成部分，在很大程度上決定了開(kāi)關(guān)電源的性能，其作用在于使全橋變換器的兩個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通角錯(cuò)開(kāi)一個(gè)角度，以獲得不同的占空比從而調(diào)節(jié)輸出電壓的高低。借助開(kāi)關(guān)器件的輸出電容充放電，在輸出電容放電結(jié)束(即電壓為零)的狀態(tài)下完成零電壓開(kāi)通。3.1

19、移相控制電路原理開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化成如圖所示的形式。 對(duì)于穩(wěn)定工作的逆變系統(tǒng)，其輸出除了受Vg的控制外，還與Vin和負(fù)載的大小有關(guān)。逆變系統(tǒng)輸出受in的影響程度稱為逆變系統(tǒng)的源效應(yīng)，受負(fù)載變化的影響程度稱為逆變系統(tǒng)的負(fù)載效應(yīng)。開(kāi)關(guān)電源的控制電路一般應(yīng)具有以下功能:(1)頻率可在較寬范圍內(nèi)預(yù)調(diào)的固定頻率振蕩器;(2)占空比可調(diào)節(jié)的脈寬調(diào)制功能;(3)死區(qū)時(shí)間校準(zhǔn)器;(4)一路或兩路具有一定驅(qū)動(dòng)功率的輸出圖騰柱式電路;(5)禁止、軟啟動(dòng)和電流、電壓保護(hù)功能等。移相PWM控制器是開(kāi)關(guān)電源的核心部分，其基本原理圖如圖所示。1)基準(zhǔn)源:芯片內(nèi)大部分電路由它供電，同時(shí)也兼做誤差放大器的基準(zhǔn)

20、電壓輸入。2)振蕩器:一般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。3)誤差放大器:將取樣電壓vout和基準(zhǔn)電壓比較放大，送至脈寬調(diào)制電路輸入端。4)脈寬調(diào)制器:其輸入為誤差放大器的輸出，其輸出分為兩路，一路送給門(mén)電路，另一路送給振蕩輸入端。5)分頻器:將振蕩器的輸入分頻后輸出，控制門(mén)電路輸出脈沖的頻率。6)門(mén)電路:門(mén)電路輸入分別受分頻器和脈寬調(diào)制器的輸出控制，輸出為PWM脈沖波。 本電源采用了專用移相控制芯片UC3879，它能很好的實(shí)現(xiàn)移相控制，且具有一個(gè)獨(dú)立的過(guò)電流關(guān)斷電路以實(shí)現(xiàn)故障的快速保護(hù)。3.2 移相控制芯片UC38753.2.1 控制芯片引腳功能介紹該

21、控制芯片主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)是：(1)可實(shí)現(xiàn)0100%占空比控制；(2)開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)300kHz；(3)兩個(gè)半橋的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)死區(qū)時(shí)間可單獨(dú)設(shè)置，最小的死區(qū)時(shí)間可設(shè)置為0；(4)輸出驅(qū)動(dòng)電路采用圖騰柱式輸出，最大驅(qū)動(dòng)電流為100mA；(5)可實(shí)現(xiàn)電壓模式控制或電流模式控制；(6)具有逐周期電流限制功能；(7)具有軟啟動(dòng)控制功能；(8)內(nèi)置10MHz 帶寬的誤差放大器。UC3875 引腳功能簡(jiǎn)述如下：PIN 功能 1 VREF 基準(zhǔn)電壓 10 VCC 電源電壓 2 E/AOUT 誤差放大器的輸出 11 VIN 芯片供電電源 3 E/A 誤差放大器的反相輸入 12 PWRGND 電源地 4 E/A 誤差放

22、大器的同相輸入 16 FREQSET 頻率設(shè)置端 5 C/S 電流檢測(cè) 17 CLOCK/SYNC 時(shí)鐘/同步 6 SOFTSTART 軟起動(dòng) 18 SLOPE 陡度 7,15 DELAYSETA/B,C/D 輸出延遲控制 19 RAMP 斜波 14,13,9,8 OUTAOUTD 輸出AD 20 GND 信號(hào)地 3.3 控制方案分析移相全橋ZVS PWM DC/DC變換器電壓型控制方框圖如圖4.6。(a)圖中Vref、Vf、Ve 分別為輸出電壓的給定值、反饋值和誤差。實(shí)際系統(tǒng)中，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)Gv (s)的輸入為反饋電壓與給定電壓的誤差量，輸出為實(shí)際電路的占空比(0<D<1)，其中的比

23、例系數(shù)由移相PWM發(fā)生器等效環(huán)節(jié)，即將調(diào)制信號(hào)變?yōu)橛烧伎毡容敵龅谋壤h(huán)節(jié)Kmd決定；H(s)表示反饋網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)； 圖 (a)可以進(jìn)一步等效為(b)圖，輸出信號(hào)Vo(s) 經(jīng)H(s)得到反饋信號(hào)Vf(s)，反饋信號(hào)Vf(s)與給定值Vref(s)相減得到誤差信號(hào)Ve(s)，然后送入框圖G(s)中，最后得到輸出信號(hào)Vo(s)?？梢缘玫介]環(huán)傳遞函數(shù)的表達(dá)式：控制電路設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使開(kāi)關(guān)變換器在各種工況下均能穩(wěn)定工作，并達(dá)到要求的動(dòng)態(tài)性能。本設(shè)計(jì)是以輸出電壓作為反饋的電壓模式控制，采用PI調(diào)節(jié)，誤差放大器由UC3875內(nèi)部提供。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是PI參數(shù)的確定。常用的電壓調(diào)節(jié)器是PI調(diào)節(jié)器以及PID調(diào)節(jié)

24、器。通常電壓調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器，參數(shù)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)整定容易。PI調(diào)節(jié)器電路如圖4.7所示，Vref是電壓給定信號(hào)，Vf是電壓反饋信號(hào)，R1、R2和C1組成PI補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，傳遞函數(shù)為：依據(jù)圖4.6，加上PI環(huán)節(jié)后，電壓環(huán)控制系統(tǒng)方框圖如圖4.8所示。第4章仿真與參數(shù)設(shè)計(jì)4、1參數(shù)設(shè)計(jì)4.1.1主電路參數(shù)設(shè)計(jì)本變換器主要的設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：輸入直流電壓：450V；輸出功率：200w；開(kāi)關(guān)頻率：20kHz；輸出功率：200W；主電路設(shè)計(jì)參數(shù)：濾波電容：L=RL(1-D)2fs=115.2uH濾波電感：C=62.5uf開(kāi)關(guān)器件選擇 當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的兩種全控型功率開(kāi)關(guān)管是IGBT和MOSFET。與IGBT相比

25、，IGBT是一種高耐壓、低導(dǎo)通阻抗、慢速的開(kāi)關(guān)管。正因如此，MOSFET大量用于高頻、低壓、中小功率的場(chǎng)所;而IGBT更多用于低頻、高壓、大功率場(chǎng)所。綜合考慮兩種器件的特點(diǎn)以及本項(xiàng)目的實(shí)際要求，選擇MOSFET作為主電路的功率開(kāi)關(guān)管。4.1.2高頻變壓器的設(shè)計(jì)高頻變壓器是移相全橋變換器的一個(gè)核心器件，所以它的設(shè)計(jì)和加工非常關(guān)鍵。設(shè)計(jì)變壓器首先要選擇磁心，其次按照功率和電壓確定原副方匝比，然后根據(jù)工況選擇纏繞線，最后校核窗口面積及溫升，確認(rèn)設(shè)計(jì)的可行性。1、磁芯的選擇本裝置設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)頻率f=100kHz，變壓器工作在高頻，為減小損耗，可以選擇鐵氧體材料。磁心幾何尺寸的選擇常用面積乘積(AP)法來(lái)選擇變壓器次級(jí)電壓：其中：VD為整流二極管導(dǎo)通壓降，取為1.5V；VLf為濾波電感壓降，取為2V；考慮到死區(qū)和占空比丟失的因素，取D0.8變壓器次級(jí)繞組輸出功率：P2=200W變壓器功率計(jì)算：其中，為變壓器效率，通常取為98。根據(jù)傳輸功率，查表電子變壓器手冊(cè)計(jì)算，選擇EE42磁芯。2、原副邊匝數(shù)的計(jì)算為了提高高頻變壓器的利用率，減小開(kāi)關(guān)管的電流，降低輸出整流二極管的反向電壓，從而減小損耗和降低成本，高頻變壓器原副邊變比n應(yīng)盡可能的大一些。計(jì)算出副邊電壓最小值Vs(min)為式中Vo 是輸出電壓，VD 是輸出整流二極管的通態(tài)壓降，VLf 是輸出濾波電