基于正激變換器的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　　學(xué)院： 電氣工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：電氣工程系 </p><p>　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著微處理器與數(shù)字處理器的

2、發(fā)展，需要為它們提供更低的輸出電壓，更大的電流。因此，對(duì)低壓大電流正激變換器及其相關(guān)技術(shù)的研究，在近幾年得到廣泛的關(guān)注。</p><p>　　本文首先介紹了傳統(tǒng)正激變換器高頻變壓器磁復(fù)位技術(shù)，比較了各種磁復(fù)位拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)，最后選擇了有源箝位正激變換器作為本次設(shè)計(jì)的主拓?fù)?。其次，分析了有源箝位正激變換器的工作過(guò)程，并對(duì)其中的典型參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算推導(dǎo)。再次，在分析了三種驅(qū)動(dòng)方式的基礎(chǔ)上，對(duì)有源箝位正激變換器專用驅(qū)動(dòng)芯片

3、NCP1562進(jìn)行管腳功能介紹，以及外圍電路的搭建。主要包括輔助電源，過(guò)流、過(guò)欠壓保護(hù)，振蕩頻率，誤差反饋輸入等相關(guān)電路的設(shè)計(jì)。最后，完成器件的參數(shù)計(jì)算，器件的最終選型，并采用MATLAB對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。得到電壓、電流的輸出波形，完成了對(duì)波形的簡(jiǎn)要分析，論證了理論分析的正確性和設(shè)計(jì)方案的可行性。</p><p>　　關(guān)鍵詞　正激變換器 有源箝位 變壓器磁復(fù)位</p><p><b

4、>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of microprocessor and digital processor, lower output voltage and higher current is needed to provide. Therefore, research on lower output voltage and h

5、igher current forward converter is widely focused on.</p><p>　　Firstly, the high frequency transformer magnetic reset technique of traditional forward converter is introduced in this paper. The advantage and

6、 disadvantage of various magnetic reset topologies is compared. An active clamp forward converter is chosen as the main topology of this design. The working process of active clamp forward converter and the typical param

7、eters of the calculation and derivation are analyzed. Thirdly, based on analysis of the three driving modes, pin function of the active </p><p>　　Keywords　Forward converter Active clamp Transformer magne

8、tic reset</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1<

9、;/p><p>　　1.1.1 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展1</p><p>　　1.1.2 選題目的及意義2</p><p>　　1.2 開(kāi)關(guān)電源2</p><p>　　1.2.1 開(kāi)關(guān)電源定義2</p><p>　　1.2.2 開(kāi)關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)3</p><p>　　1.2.3 開(kāi)關(guān)電源特點(diǎn)4&

10、lt;/p><p>　　1.3 研究的主要內(nèi)容5</p><p>　　第2章 正激變換器6</p><p>　　2.1 傳統(tǒng)單端正激變換器6</p><p>　　2.1.1 帶復(fù)位繞組的單端正激變換器6</p><p>　　2.1.2 RCD箝位單端正激變換器7</p><p>　　2.1

11、.3 LCD箝位單端正激變換器9</p><p>　　2.2 有源箝位單端正激變換器10</p><p>　　2.2.1 有源箝位單端正激變換器工作原理10</p><p>　　2.2.2 有源箝位正激變換器典型參數(shù)分析16</p><p>　　2.2.3 變壓器磁芯參數(shù)分析18</p><p>　　2.3

12、本章小結(jié)22</p><p>　　第3章 控制電路23</p><p>　　3.1 驅(qū)動(dòng)脈沖調(diào)制方式分析23</p><p>　　3.1.1 PWM脈沖寬度調(diào)制23</p><p>　　3.1.2 PFM脈沖頻率調(diào)制24</p><p>　　3.1.3 PWM-PFM脈寬脈頻綜合調(diào)制24</p>

13、<p>　　3.2 開(kāi)關(guān)電源控制方式分析26</p><p>　　3.2.1 電壓控制型26</p><p>　　3.2.2 電流控制型26</p><p>　　3.2.3 V2控制型27</p><p>　　3.3 驅(qū)動(dòng)芯片NCP156229</p><p>　　3.3.1 芯片簡(jiǎn)要概述29

14、</p><p>　　3.3.2 各個(gè)引腳功能30</p><p>　　3.3.3 NCP1562外圍電路32</p><p>　　3.4 反饋回路38</p><p>　　3.5 本章小結(jié)41</p><p>　　第4章 器件選型及系統(tǒng)仿真42</p><p>　　4.1 器件選型參

15、數(shù)計(jì)算42</p><p>　　4.1.1 估算直流輸入、輸出功率42</p><p>　　4.1.2 計(jì)算最小和最大直流輸入電壓42</p><p>　　4.1.3 整流橋后輸入濾波電容CIN的計(jì)算42</p><p>　　4.1.4 變壓器參數(shù)計(jì)算43</p><p>　　4.1.5 各半導(dǎo)體器件參數(shù)計(jì)算

16、45</p><p>　　4.1.6 箝位電容C的參數(shù)47</p><p>　　4.1.7 輸出濾波參數(shù)48</p><p>　　4.2 系統(tǒng)仿真49</p><p>　　4.2.1 開(kāi)環(huán)主電路的仿真49</p><p>　　4.2.2 閉環(huán)系統(tǒng)的仿真53</p><p>　　4.3

17、 本章小結(jié)57</p><p><b>　　結(jié)論58</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)59</b></p><p><b>　　致謝61</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>

18、<b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　1.1.1 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展 </p><p>　　開(kāi)關(guān)電源的前身是線性穩(wěn)壓電源。在開(kāi)關(guān)電源出現(xiàn)之前，許多控制設(shè)備的工作電源都采用線性穩(wěn)壓電源。由于計(jì)算機(jī)等電子裝置的集成度不斷增加，功能越來(lái)越強(qiáng)，他們的體積卻越來(lái)越小，因此迫切需要體積小、重量輕、效率高、性能好的新型電源，這就成了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。<

19、;/p><p>　　開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展從來(lái)都是與半導(dǎo)體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)的。在20世紀(jì)60年代末，巨型晶體管（GTR）的出現(xiàn)，使得采用高工作頻率的開(kāi)關(guān)電源得以問(wèn)世，那時(shí)確定的開(kāi)關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)一直沿用至今。后來(lái)隨著電力MOSFET的應(yīng)用，開(kāi)關(guān)電源的頻率進(jìn)一步提高，使得電源體積更小，重量更輕，功率密度進(jìn)一步提高。在20世紀(jì)80年代，IGBT的出現(xiàn)使僅適用于小功率場(chǎng)合的開(kāi)關(guān)電源在中大功率直流電源場(chǎng)合也得以發(fā)揮作用

20、。在20世紀(jì)80年代后的20年為了解決因開(kāi)關(guān)頻率提高而引發(fā)的電磁干擾問(wèn)題，出現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。</p><p>　　隨后在20世紀(jì)90年代，開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展更是日新月異。許多新的領(lǐng)域和新的要求又對(duì)開(kāi)關(guān)電源提出了更新更高的挑戰(zhàn)。正是由于外界的要求推動(dòng)了兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源的分支技術(shù)一直成為當(dāng)今電力電子的研究課題，它們是有源功率因數(shù)校正技術(shù)（PFC）和低壓大電流高功率DC/DC變換技術(shù)。</p><p>

21、　　電源相關(guān)技術(shù)的研究正處于迅速發(fā)展的階段，可以想象下面幾個(gè)問(wèn)題是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的永恒方向：</p><p>　　1.高頻化 開(kāi)關(guān)電源頻率要高，這樣動(dòng)態(tài)響應(yīng)才能快，配合高速微處理器工作是必需的，也是減小體積的重要途徑。</p><p>　　2.體積小 要想減小電源體積，變壓器電感，濾波電容、電感都要減小體積。</p><p>　　3.效率高 高效工作模式下產(chǎn)生的熱能會(huì)

22、少，散熱變得容易，從而容易達(dá)到高功率密度。</p><p>　　4.軟開(kāi)關(guān) 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，開(kāi)關(guān)頻率的提高伴隨著開(kāi)關(guān)損耗的增加，電路效率嚴(yán)重下降，電磁干擾也增大。這些問(wèn)題促使軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。所謂軟開(kāi)關(guān)技術(shù)就是在電路工作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)器件的零電壓(ZVS)或零電流(ZCS)開(kāi)關(guān)，即在開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通和關(guān)斷的過(guò)程中使其承受的電壓或流過(guò)的電流為零，使其開(kāi)關(guān)損耗為零(理想情況)。</p><p>

23、;　　1.1.2 選題目的及意義</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展,電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,電子設(shè)備的種類也越來(lái)越多,電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。任何電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，它們對(duì)電源的要求也越來(lái)越高。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。20世紀(jì)50年代，美國(guó)宇航局以小型化、重量輕為目標(biāo)，為搭載火箭開(kāi)發(fā)了開(kāi)關(guān)電源。20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)全面實(shí)現(xiàn)了

24、開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代。20世紀(jì)90年代，開(kāi)關(guān)電源在電子、電器設(shè)備、家電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期。由此可見(jiàn)，開(kāi)關(guān)電源在各個(gè)方面都與人們息息相關(guān)，對(duì)它的研究給人們帶來(lái)的方便是有目共睹的。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源的高頻化是電源技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新技術(shù)，高頻化帶來(lái)的效益是使開(kāi)關(guān)電源裝置空前的小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化

25、、輕硬化。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約資源及環(huán)境保護(hù)方面都具有深遠(yuǎn)意義。</p><p><b>　　1.2 開(kāi)關(guān)電源</b></p><p>　　1.2.1 開(kāi)關(guān)電源定義</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源是線性穩(wěn)壓電源的前身,其這一稱謂的產(chǎn)生也是相對(duì)于線性穩(wěn)壓電壓而來(lái)的?？梢韵胂?，開(kāi)關(guān)電源應(yīng)該就是在拓?fù)渲邪雽?dǎo)體器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的電源。如此，假

26、如把四大類基本的電力電子電路(AC-DC拓?fù)?、DC-AC拓?fù)洹C-AC拓?fù)?、DC-DC拓?fù)?都看成電源電路，則所有的電力電子電路均可看成開(kāi)關(guān)電源電路。但在實(shí)際當(dāng)中，開(kāi)關(guān)電源包含的范圍比這個(gè)范圍要小的多。</p><p>　　一般同時(shí)具備以下三個(gè)條件的電源可以看作開(kāi)關(guān)電源[1]：</p><p>　　(1)開(kāi)關(guān)(電路中的半導(dǎo)體器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)而不是線性狀態(tài))</p><

27、;p>　　(2)高頻(電路中的半導(dǎo)體器件工作在高頻狀態(tài)而不是接近工頻的低頻)</p><p>　　(3)直流(電源的輸出是直流而不是交流)</p><p>　　1.2.2 開(kāi)關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)[2]主要是由輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、高頻變換器、輸出整流濾波器、控制電路、輔助電源等幾部分組成?；驹硎牵航涣鬏斎腚妷航?jīng)過(guò)

28、電網(wǎng)濾波、整流濾波后得到一個(gè)直流電壓，然后通過(guò)高頻變換器將直流電壓轉(zhuǎn)變成高頻交流電壓，再經(jīng)過(guò)高頻變壓器隔離變換，輸出所要高頻交流電，最后經(jīng)過(guò)輸出整流濾波電路，將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波成所要的直流電?；究驁D如圖1-1所示：</p><p>　　圖1-1 開(kāi)關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　對(duì)其各部分作用分別簡(jiǎn)述如下：</p><p>　　(1)EMI濾

29、波 由于電網(wǎng)的各種擾動(dòng)，如雷電及電網(wǎng)工業(yè)設(shè)備串入電網(wǎng)的干擾，它們既影響負(fù)載本身又影響周?chē)娮釉O(shè)備及人的正常生活環(huán)境，因此必須予以控制，使其降低到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　(2)輸入整流濾波 將輸入的交流電進(jìn)行整流濾波，為變換器提供紋波較小的直流電壓，使最終的直流輸出電壓滿足要求的性能指標(biāo)。</p><p>　　(3)高頻開(kāi)關(guān)變換器 此部分是電源的關(guān)鍵，它把直流電壓變換成高頻交

30、流電，經(jīng)高頻變壓器變換成所要求的隔離輸出交流電壓。</p><p>　　(4)輸出整流濾波 將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需求的直流電壓，同時(shí)還可以防止高頻噪聲對(duì)負(fù)載的干擾。</p><p>　　(5)控制電路 反饋輸出直流電壓，與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，然后隔離放大，同振蕩電路一同控制開(kāi)關(guān)器件的觸發(fā)脈沖寬度，從而控制變換器以保證輸出電壓的穩(wěn)定。</p><p>

31、;　　(6)輔助電源 為控制電路、驅(qū)動(dòng)芯片等提供所需的直流電壓，以保證它們的工作穩(wěn)定可靠。</p><p>　　1.2.3 開(kāi)關(guān)電源特點(diǎn)</p><p>　　隨著開(kāi)關(guān)電源高頻化，它已經(jīng)在電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而實(shí)踐表明其特性相比線性電源有許多的優(yōu)越性。</p><p>　　(1)穩(wěn)壓范圍寬 開(kāi)關(guān)電源根據(jù)實(shí)際需要可以做到在輸入85V～265V范圍內(nèi)輸出穩(wěn)壓，且還能

32、保持電路的高效率。</p><p>　　(2)濾波器件體積小 由于開(kāi)關(guān)頻率的提高，濾波電容的容量減小，相對(duì)的濾波器件體積也變小，更適合于開(kāi)關(guān)電源小型化的應(yīng)用需求。</p><p>　　(3)節(jié)約能源 開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，相對(duì)功率損耗很小，效率高，其效率最高可達(dá)到95%。</p><p>　　但是，開(kāi)關(guān)電源也有其缺點(diǎn)，應(yīng)采取相應(yīng)措施加以克服。<

33、;/p><p>　　(1)由于其中有器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，同時(shí)開(kāi)關(guān)頻率又比較高，因而給供電線路及負(fù)載都會(huì)帶來(lái)高頻干擾。電路中應(yīng)當(dāng)采取有效措施抑制干擾，使其達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　(2)開(kāi)關(guān)電源比線性電源所用開(kāi)關(guān)器件增加許多，因此可靠性設(shè)計(jì)特別重要，需要考慮各個(gè)方面來(lái)保證電源的可靠性。</p><p>　　1.3 研究的主要內(nèi)容</p><

34、p>　　本論文首要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)隔離型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，如此將對(duì)應(yīng)用最廣泛、最基本的正激變換器進(jìn)行各方面分析研究，完成基于NCP1562控制芯片的電路設(shè)計(jì)，主要工作如下：</p><p>　　1）正激變換器變壓器磁復(fù)位電路的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)的比較，以及有源箝位正激變換器工作原理的分析。</p><p>　　2）學(xué)習(xí)NCP1562控制芯片的引腳功能，工作原理，完成外圍電路的搭建。<

35、/p><p>　　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(duì)電源的輸出進(jìn)行校正。</p><p>　　4）MATLAB仿真電路的搭建，電源性能指標(biāo)的測(cè)定，工程圖紙、元器件列表的繪制。</p><p><b>　　第2章 正激變換器</b></p><p>　　正激變換器（Forwar

36、d Converter）可以看成是由Buck變換器演化而來(lái)的，它在開(kāi)關(guān)閉合期間實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。在正激變換器中，變壓器的原、副繞組同時(shí)工作，副繞組中的電流產(chǎn)生的磁通將抵消原繞組電流所產(chǎn)生的磁通（勵(lì)磁磁通除外），因此可以傳遞更大的功率。這是正激變換器的特點(diǎn)。</p><p>　　在正激變換器中，繞組流過(guò)的是單向脈動(dòng)激磁電流，如果沒(méi)有每個(gè)周期都發(fā)揮作用的去磁環(huán)節(jié)，剩余磁通就會(huì)積累導(dǎo)致飽和。因此必須設(shè)法使變壓器磁芯的磁通

37、恢復(fù)到上一個(gè)周期開(kāi)始時(shí)的數(shù)值。這一要求稱作變壓器的磁化狀態(tài)復(fù)位條件。這也是正激變換器能正常工作的條件。針對(duì)變壓器磁復(fù)位有多種拓?fù)?，可以比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　　2.1 傳統(tǒng)單端正激變換器</p><p>　　2.1.1 帶復(fù)位繞組的單端正激變換器 </p><p>　　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(wú)損的回饋到直流側(cè)。其拓?fù)淙鐖D

38、2-1：</p><p>　　圖2-1 帶復(fù)位繞組的正激變換器</p><p>　　變壓器的磁復(fù)位由繞組N3和二極管VD3(上圖虛線框中所示)來(lái)完成，在開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)期間，變壓器的磁能經(jīng)過(guò)繞組N3和回饋二極管VD3向電源端饋送，完成勵(lì)磁能量的轉(zhuǎn)移并同時(shí)使磁芯的磁化狀態(tài)復(fù)位。但這種復(fù)位技術(shù)主要存在如下缺點(diǎn)：</p><p>　　(1)復(fù)位繞組N3使得變壓器結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)復(fù)雜

39、化</p><p>　　(2)在開(kāi)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(lái)吸收，電路在滿載運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)尤為突出。 </p><p>　　(3)開(kāi)關(guān)器件S承受的電壓UDS(公式2-1)與輸入電壓Vi成正比，當(dāng)電路</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　工作在寬輸入時(shí)，須采用高

40、壓功率MOSFET，而高壓功率MOSFET導(dǎo)通阻抗大，因而導(dǎo)通損耗大。</p><p>　　(4)當(dāng)Vi=Vimax時(shí)，占空比d=dmin很小，不易于大功率輸出。</p><p>　　2.1.2 RCD箝位單端正激變換器</p><p>　　該變壓器磁復(fù)位拓?fù)涔ぷ鬟^(guò)程可以分為五個(gè)階段，由此分析得到拓?fù)鋬?yōu)缺點(diǎn)，其主要缺點(diǎn)在于部分磁化能量消耗在箝位電阻R中，因此電源效率

41、相對(duì)較低。</p><p>　　通過(guò)對(duì)其工作過(guò)程的分析可以推導(dǎo)出箝位電壓UC為：</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　式中 n----變壓器變比</p><p>　　Lm----磁化電感</p><p>　　fs ----開(kāi)關(guān)頻率</p><

42、;p>　　LIK----一次側(cè)和二次側(cè)的漏感</p><p>　　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</p><p>　　RCD箝位[4]拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-2所示,虛線框中部分即為箝位電路:</p><p>　　圖2-2 RCD箝位單端正激變換器</p><p>　　由式(

43、2-2)可知：UC與Vi無(wú)關(guān)；增大Lm可降低UC；增加Cs可降低UC，這可以在開(kāi)關(guān)器件S的漏—源極間并聯(lián)電容來(lái)完成，然而這樣將會(huì)增加開(kāi)關(guān)器件的容性開(kāi)通損耗；減小LIK可降低UC，這是降低箝位電壓的關(guān)鍵因素。</p><p>　　和采用復(fù)位繞組的單端正激變換器相比，RCD箝位單端正激變換器優(yōu)點(diǎn)如下：</p><p>　　(1)磁復(fù)位電路簡(jiǎn)單 </p><p

44、>　　(2)開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力較低</p><p>　　(3)占空比d可以大于0.5，適合較寬范圍電壓輸入</p><p>　　它的缺點(diǎn)是大部分磁化能量消耗在箝位電阻R中，電源效率較低。因此，該拓?fù)溥m用于價(jià)廉、效率要求不高的場(chǎng)合。</p><p>　　2.1.3 LCD箝位單端正激變換器</p><p>　　LCD箝位單端正激變換器[5]能

45、夠?qū)⒆儔浩鞯募ご拍芰糠答伝仉娋W(wǎng)，使變壓器磁通復(fù)位，還能夠有效抑制開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)由于漏感能量所造成的電壓尖峰。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-3所示，虛線框中部分可以完成變壓器磁通復(fù)位。</p><p>　　圖2-3 LCD箝位單端正激變換器</p><p>　　通過(guò)對(duì)其工作過(guò)程的分析可以發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)器件S是硬開(kāi)通的，開(kāi)通時(shí)結(jié)電容能量將完全消耗在內(nèi)部，如此減小其開(kāi)通前結(jié)電容電壓將大大減小器件開(kāi)通損耗。<

46、;/p><p>　　總之，LCD箝位單端正激變換器能無(wú)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。但是，開(kāi)關(guān)頻率>30kHZ時(shí)，LC諧振電流太大，使得導(dǎo)通損耗增加。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(guò)大。</p><p>　　通過(guò)對(duì)以上三種傳統(tǒng)磁復(fù)位拓?fù)鋬?yōu)缺點(diǎn)的比較可以發(fā)現(xiàn)，它們都不是很好，對(duì)于本次設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)有源箝位正激變換器較理想，應(yīng)該

47、可以很好滿足設(shè)計(jì)性能指標(biāo)。</p><p>　　2.2 有源箝位單端正激變換器</p><p>　　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)：</p><p>　　(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，同時(shí)占空比d可以大于0.5，開(kāi)關(guān)器件承受電壓較低，適用于輸入電壓范圍較寬的場(chǎng)合。</p&g

48、t;<p>　　(2)箝位開(kāi)關(guān)管是零電壓開(kāi)關(guān)</p><p>　　(3)勵(lì)磁能量和漏感能量全部無(wú)損回饋到電網(wǎng)側(cè)</p><p>　　但有源箝位正激變換器也有缺點(diǎn)，拓?fù)渲卸嘤昧艘粋€(gè)箝位開(kāi)關(guān)管，使得驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)變得復(fù)雜，而且主開(kāi)關(guān)管是硬開(kāi)通，存在開(kāi)通損耗。</p><p>　　2.2.1 有源箝位單端正激變換器工作原理</p><p&

49、gt;　　由于正激DC/DC變換器具有電路拓?fù)浜?jiǎn)單，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(chǎng)合。</p><p>　　其電路拓?fù)淙鐖D2-4所示：</p><p>　　圖2-4 有源箝位單端正激變換器</p><p>　　為了更好的分析主電路工作過(guò)程，我們給出如下圖2-5所示主要工作波形圖，進(jìn)而完成對(duì)主拓?fù)涞墓ぷ鳡?/p>

50、態(tài)的研究。</p><p>　　圖2-5 拓?fù)渲饕ぷ鞑ㄐ?lt;/p><p>　　為簡(jiǎn)化分析，假設(shè)輸出濾波電感Lf足夠大，可以用一個(gè)恒流源I0表示。假設(shè)所有半導(dǎo)體器件都是理想器件。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2-4所示?？紤]主開(kāi)關(guān)器件S1的漏-源極之間的電容Cs，其它的寄生參數(shù)忽略。箝位開(kāi)關(guān)器件S2考慮反并聯(lián)二極管VD，忽略其它寄生參數(shù)

51、。結(jié)合主電路拓?fù)鋱D2-4和圖2-5拓?fù)渲饕ぷ鞑ㄐ?，把一個(gè)開(kāi)關(guān)周期Ts分成七個(gè)工作狀態(tài)來(lái)對(duì)此變換器工作原理進(jìn)行分析。</p><p><b>　　(1)開(kāi)關(guān)狀態(tài)1　</b></p><p>　　T0時(shí)刻開(kāi)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)。功率通過(guò)變壓器傳輸?shù)蕉蝹?cè)，同時(shí)，正的輸入電壓Vi加到變壓器一次側(cè)，勵(lì)磁電流im從IM- 開(kāi)始線性增加。

52、S1導(dǎo)通時(shí)，開(kāi)關(guān)電流is1等于一次側(cè)電流ip和勵(lì)磁電流im之和。勵(lì)磁電流和一次側(cè)電流分別為</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　T1時(shí)刻，勵(lì)磁電流為</p><p><b>　　(2-5)</b>&

53、lt;/p><p>　　T01是開(kāi)關(guān)器件S1的開(kāi)啟時(shí)間Ton，S1的開(kāi)關(guān)周期是Ts，占空比是D，則有</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p><b>　　(2)開(kāi)關(guān)狀態(tài)2</b></p><p>　　開(kāi)關(guān)器件S1在T1時(shí)刻被零電壓關(guān)斷時(shí)，二極管VD1繼續(xù)導(dǎo)通。于此同時(shí)折算到一次側(cè)

54、的負(fù)載電流I0/n和勵(lì)磁電流im同時(shí)給開(kāi)關(guān)器件S1的結(jié)電容Cs充電。由于充電電流很大，Cs相對(duì)較小，此過(guò)程可看作一個(gè)線性充電階段，US1快速上升到Vi。結(jié)電容兩端電壓為</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p><b>　　勵(lì)磁電流為</b></p><p><b>　　(2-8)</

55、b></p><p>　　T2時(shí)刻，當(dāng)Cs電壓上升到輸入電壓Vi，狀態(tài)2結(jié)束。持續(xù)時(shí)間為</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　這時(shí)，勵(lì)磁電流達(dá)到了最大值IM(+) </p><p><b>　　(2-10)</b></p><p

56、><b>　　(3)開(kāi)關(guān)狀態(tài)3</b></p><p>　　在這個(gè)階段，由于Cs的電壓(UCS)繼續(xù)上升，加在變壓器一次側(cè)繞組上的電壓變負(fù)，因此，二次繞組的電壓也變?yōu)樨?fù)。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Cs開(kāi)始同勵(lì)磁電感Lm發(fā)生諧振，UCS繼續(xù)上升，IM(+)開(kāi)始減小，電容兩端電壓和勵(lì)磁電流分別為</p&g

57、t;<p><b>　　(2-11)</b></p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　式中 ----勵(lì)磁電感與結(jié)電容的特征阻抗，</p><p>　　----勵(lì)磁電感與結(jié)電容諧振的角頻率，</p><p>　　在T3時(shí)刻，結(jié)電容電壓上升到，開(kāi)關(guān)狀態(tài)3結(jié)束

58、。持續(xù)時(shí)間為</p><p><b>　　(2-13)</b></p><p><b>　　此時(shí)勵(lì)磁電流為</b></p><p><b>　　(2-14)</b></p><p><b>　　(4)開(kāi)關(guān)狀態(tài)4</b></p><p&g

59、t;　　T3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。負(fù)載電流繼續(xù)流過(guò)VD2，此時(shí)加在變壓器一次側(cè)繞組上的電壓為-UC，勵(lì)磁電流開(kāi)始線性減小。由于反并聯(lián)箝位二極管VD導(dǎo)通，箝位開(kāi)關(guān)管S2的電壓被箝位在零。所以箝位開(kāi)關(guān)管S2可以被零電壓開(kāi)通。在T4時(shí)刻，勵(lì)磁電流下降至零，開(kāi)關(guān)狀態(tài)4結(jié)束。</p><p><b>　　持續(xù)時(shí)間為</b><

60、;/p><p><b>　　(2-15)</b></p><p><b>　　勵(lì)磁電流為</b></p><p><b>　　(2-16)</b></p><p><b>　　(5)開(kāi)關(guān)狀態(tài)5</b></p><p>　　在這個(gè)階段，箝

61、位二極管VD自然截止，勵(lì)磁電流開(kāi)始經(jīng)過(guò)箝位開(kāi)關(guān)管S2反向流動(dòng)。當(dāng)勵(lì)磁電流為-ip(T3)時(shí)，關(guān)斷箝位開(kāi)關(guān)管S2。由于箝位電容C和結(jié)電容Cs的存在，其兩端電壓不能突變，因此箝位開(kāi)關(guān)管S2可以零電壓關(guān)斷。勵(lì)磁電流和持續(xù)時(shí)間分別為</p><p><b>　　(2-17)</b></p><p><b>　　(2-18)</b></p>

62、<p><b>　　(6)開(kāi)關(guān)狀態(tài)6</b></p><p>　　箝位開(kāi)關(guān)管S2關(guān)斷后，勵(lì)磁電流流過(guò)結(jié)電容Cs，Cs開(kāi)始放電，勵(lì)磁電流繼續(xù)反向增加。此時(shí)</p><p><b>　　(2-19)</b></p><p><b>　　(2-20)</b></p><p>

63、;　　當(dāng)結(jié)電容Cs電壓下降到輸入電壓Vi時(shí)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)6結(jié)束。</p><p><b>　　持續(xù)時(shí)間為</b></p><p><b>　　(2-21)</b></p><p><b>　　此時(shí)，勵(lì)磁電流為</b></p><p><b>　　(2-22)</b&

64、gt;</p><p><b>　　(7)開(kāi)關(guān)狀態(tài)7</b></p><p>　　在此階段，結(jié)電容Cs電壓有繼續(xù)下降的趨勢(shì)，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Ｗ儔浩鞯膭?lì)磁電流繼續(xù)保持不變，流經(jīng)二極管VD1,

65、即ip=0。根據(jù)變壓器一、二次側(cè)電流關(guān)系，流過(guò)二極管VD1的電流為</p><p><b>　　(2-23)</b></p><p>　　流過(guò)二極管VD2的電流為</p><p><b>　　(2-24)</b></p><p>　　T7時(shí)刻，開(kāi)通開(kāi)關(guān)器件S1，開(kāi)始下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期。</p>

66、;<p>　　2.2.2 有源箝位正激變換器典型參數(shù)分析</p><p>　　基于以上對(duì)有源箝位正激變換器的工作過(guò)程分析，我們可以推導(dǎo)出變換器參數(shù)計(jì)算公式。</p><p>　　2.2.2.1 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。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)狀態(tài)2、3和6的時(shí)間相對(duì)于開(kāi)關(guān)狀態(tài)1、4和5來(lái)說(shuō)很短，在分析過(guò)程中，

67、可將其忽略，如此</p><p><b>　　(2-25)</b></p><p>　　當(dāng)輸入電壓最小時(shí)，占空比將會(huì)達(dá)到最大值，此時(shí)留給變壓器磁通復(fù)位時(shí)間最短。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</p><p><b>　　(2-26)</b></p><p>　　2.2.2.2

68、箝位電容C的選型計(jì)算 在分析工作過(guò)程時(shí)，認(rèn)為C足夠大，其兩端電壓看作保持不變。然而實(shí)際應(yīng)用電路當(dāng)中，箝位電容的電壓有一定的波動(dòng)。在開(kāi)關(guān)狀態(tài)4，箝位電容C充電，電壓會(huì)升高，在開(kāi)關(guān)狀態(tài)5，箝位電容C放電，電壓會(huì)降低。如此電壓波動(dòng)為</p><p><b>　　(2-27)</b></p><p>　　假如不考慮開(kāi)關(guān)狀態(tài)2、3、6對(duì)勵(lì)磁電流的影響，有</p>

69、<p>　　(2-28) </p><p>　　將式(2-23)和(2-28)代入式(2-27),有</p><p><b>　　(2-29)</b></p><p>　　△UC和UC的比值是：</p><p><b>　　(2-30)</b></p>

70、<p>　　理論上，△UC和UC的比值的最大值為</p><p><b>　　(2-31)</b></p><p>　　如果取△UC和UC的比值的最大值小于等于10%，可得到</p><p><b>　　(2-32)</b></p><p>　　2.2.2.3 開(kāi)關(guān)器件S1和S2驅(qū)動(dòng)延

71、遲時(shí)間的計(jì)算 開(kāi)關(guān)器件S1和S2驅(qū)動(dòng)信號(hào)的延遲時(shí)間τ1和τ2的合理設(shè)計(jì)是保證有源箝位單端正激變換器高效工作的關(guān)鍵技術(shù)。延遲時(shí)間[7]過(guò)大，影響有效占空比。延遲時(shí)間過(guò)小，滿足不了要求。</p><p>　　開(kāi)關(guān)器件S2關(guān)斷到S1開(kāi)通的時(shí)間間隔為</p><p><b>　　(2-33)</b></p><p>　　式(2-33)為結(jié)電容Cs和L

72、m諧振的1/4周期。</p><p>　　事實(shí)上，這是滿足UC下降到零的極端條件。開(kāi)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(méi)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(wèn)題，占空比丟失的這段時(shí)間也即為式(2-33)中的τ2。</p><p>　　開(kāi)關(guān)器件S1關(guān)斷到S2開(kāi)通的時(shí)間間隔為T(mén)3-T1＜τ2＜T4-T1,假如忽略T2-T1，則T3-T

73、1≈T3-T2≈T6-T5，如此可得</p><p><b>　　(2-34)</b></p><p>　　在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，式(2-33)和(2-34)可按最壞情況(Vi=Vdin(min),D=Dmax,Uc=Ucmax)來(lái)調(diào)節(jié)延遲時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　2.2.3 變壓器磁芯參數(shù)分析</p><p>　　高

74、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(kāi)關(guān)電源中非常重要。其性能好壞不僅關(guān)系到變壓器本身的效率、發(fā)熱等問(wèn)題，而且將決定著整個(gè)逆變器的技術(shù)性能，甚至導(dǎo)致功率管的損壞和逆變失敗。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(lái)研究變壓器磁芯。</p><p>　　確定磁芯尺寸有兩種途徑[8]：</p><p>　　第一種途徑是按制造廠商提供的圖表，依據(jù)各種磁芯可傳遞的能量來(lái)選

75、擇磁芯。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。</p><p>　　缺點(diǎn)是選擇較模糊，不能準(zhǔn)確確定需要磁芯結(jié)構(gòu)類型，不利于某些參數(shù)推算。</p><p>　　第二種途徑是計(jì)算方式:</p><p>　　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。</p&

76、gt;<p>　　第二種方法是先求出幾何參數(shù)，查表找出磁芯編號(hào)，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)，又稱為KG法。</p><p>　　下面推導(dǎo)兩種設(shè)計(jì)方法具體計(jì)算過(guò)程：</p><p>　　2.2.3.1 AP法計(jì)算推導(dǎo) 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在開(kāi)關(guān)工作時(shí)，原邊電壓UP為</p><p><b>　　(2-35)</b></p>

77、<p>　　式中 UP----變壓器原邊電壓,單位 V</p><p>　　Kf ----波形系數(shù)，正弦波時(shí)為4.44,方波時(shí)為4</p><p>　　Np----變壓器一次側(cè)匝數(shù)</p><p>　　fs----開(kāi)關(guān)器件工作頻率，單位Hz</p><p>　　Bw----工作磁通密度，單位T</p><p

78、>　　Ae----磁芯有效面積，單位m2 </p><p>　　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</p><p><b>　　(2-36)</b></p><p>　　式中 ----使用系數(shù)(),一般與線徑、繞組數(shù)有關(guān)，典型值為0.4</p>

79、<p>　　----一次側(cè)繞組每匝所占的面積</p><p>　　----磁芯窗口面積</p><p>　　----二次側(cè)繞組每匝所占的面積</p><p>　　每匝所用面積與流過(guò)該匝的電流和電流密度的關(guān)系為:</p><p><b>　　(2-37)</b></p><p><

80、;b>　　(2-38)</b></p><p><b>　　整理以上各式得到：</b></p><p><b>　　(2-39)</b></p><p>　　式中 ----變壓器窗口面積和磁芯截面積的乘積</p><p>　　----一次側(cè)和二次側(cè)的功率之和 <

81、;/p><p>　　式(2-39)表明，乘積受窗口面積使用系數(shù)、波形系數(shù) 、開(kāi)關(guān)器件工作頻率、工作磁通密度、電流密度的影響。又因?yàn)殡娏髅芏戎苯佑绊憸囟茸兓?，進(jìn)而影響，可表示為：</p><p><b>　　(2-40)</b></p><p>　　式中 ----電流密度比例系數(shù)</p><p>　　----常

82、數(shù)，通常由磁芯決定,如表2-1所示</p><p>　　表2-1 各種磁芯結(jié)構(gòu)常數(shù)</p><p><b>　　根據(jù)以上各式可得</b></p><p><b>　　(2-41)</b></p><p>　　式中 ----的乘積(cm4)</p><p>　　----之

83、和，稱為變壓器的視在功率，單位為W</p><p>　　對(duì)于不帶中間抽頭的變壓器視在功率為：</p><p><b>　　(2-42)</b></p><p>　　通過(guò)計(jì)算得到值，查表選擇合適的鐵氧體的的乘積，一般盡量選擇窗口長(zhǎng)寬比較大的磁芯，這樣磁芯的窗口有效使用系數(shù)較高，同時(shí)可盡量減小漏感。</p><p>　　2.

84、2.3.2 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(lái)表示：</p><p><b>　　(2-43)</b></p><p>　　式中 ----空載時(shí)變壓器輸出電壓，單位 V</p><p>　　----滿載時(shí)變壓器輸出電壓，單位 V</p>

85、<p>　　----各繞組的內(nèi)阻</p><p>　　假定變壓器一次側(cè)和二次側(cè)匝數(shù)相等，則</p><p><b>　　(2-44)</b></p><p>　　變壓器一次側(cè)繞組電阻可表示為</p><p><b>　　(2-45)</b></p><p>　　式中

86、 ----電阻率，銅質(zhì)的電阻率一般為 1.724×10-6Ω·cm</p><p>　　----每匝導(dǎo)線平均長(zhǎng)度，單位cm</p><p>　　----一次側(cè)繞組的窗口有效使用系數(shù)(＜1/2)</p><p>　　由法拉第電磁感應(yīng)定律可得：</p><p><b>　　(2-46)</b><

87、;/p><p>　　由式(2-45)和(2-46) 可以得：</p><p><b>　　(2-47)</b></p><p>　　式(2-47)中假設(shè)原邊、二次側(cè)的使用系數(shù)相同，為總的窗口使用系數(shù)的1/2，則。令：</p><p><b>　　(2-48)</b></p><p&g

88、t;<b>　　(2-49)</b></p><p>　　又因?yàn)?根據(jù)式(2-47)式，代入式(2-48)式和(2-49)，則可得：</p><p><b>　　(2-50)</b></p><p><b>　　則幾何參數(shù)為：</b></p><p><b>　　(2

89、-51)</b></p><p>　　通過(guò)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。</p><p>　　本文利用法計(jì)算高頻變壓器各項(xiàng)參數(shù)，法在本文不做計(jì)算。</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要內(nèi)容首先是對(duì)正激變換器的各種變壓器磁通復(fù)位

90、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)洹Ｈ缓?，?duì)其工作過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)分析，從而推導(dǎo)出其典型參數(shù)的計(jì)算公式。最后，對(duì)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)。</p><p><b>　　第3章 控制電路</b></p><p>　　3.1 驅(qū)動(dòng)脈沖調(diào)制方式分析</p>&

91、lt;p>　　控制電路是高頻開(kāi)關(guān)電源很重要的部分,是電源系統(tǒng)可靠工作的保證。 開(kāi)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(duì)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]。</p><p>　　3.1.1 PWM脈沖寬度調(diào)制</p><p>　　()調(diào)制方式就是控制芯片根據(jù)輸入電壓的變化，使輸出脈沖寬度發(fā)生變化

92、的一種調(diào)制方式。在調(diào)制期間脈沖周期是固定不變的。不論是負(fù)載電流發(fā)生變化，還是輸入電壓發(fā)生變化，都會(huì)引起輸出電壓的變化，通過(guò)反饋采樣這個(gè)變化，然后經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，最終使輸出脈沖寬度改變，從而達(dá)到輸出穩(wěn)定電壓的目的。脈沖寬度調(diào)制變化如圖3-1所示，不變，發(fā)生變化，即脈沖寬度改變。</p><p><b>　　圖3-1 調(diào)制方式</b></p><p>　　3.1.2 P

93、FM脈沖頻率調(diào)制</p><p>　　()調(diào)制方式就是控制芯片根據(jù)輸入電壓的變化，使輸出脈沖周期發(fā)生變化的一種調(diào)制方式。脈沖頻率調(diào)制變化如圖3-2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。</p><p><b>　　圖3-2 調(diào)制方式</b></p><p>　　3.1.3 PWM-PFM脈寬脈頻綜合調(diào)制</p>

94、<p>　　脈寬脈頻綜合調(diào)制方式就是控制芯片根據(jù)輸入電壓的變化，不但使輸出脈沖寬度發(fā)生變化，而且頻率也同時(shí)發(fā)生變化的一種調(diào)制方式。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(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。兼有和的優(yōu)點(diǎn)，調(diào)制過(guò)程如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 綜合調(diào)制方式</p><p>　　目前,以脈沖寬度調(diào)制應(yīng)用最多，其基本原理圖如下圖3-4所示。</p>

95、<p>　　圖3-4 脈沖寬度調(diào)制基本原理圖</p><p>　　基準(zhǔn)電壓:芯片內(nèi)大部分電路由它供電,同時(shí),兼作誤差放大器的基準(zhǔn)電</p><p><b>　　壓輸入。</b></p><p>　　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</p><p><b>　　元件所決定

96、,頻率。</b></p><p>　　誤差放大器:將取樣電壓和基準(zhǔn)電壓比較放大,送至脈寬調(diào)制電路輸入端。</p><p>　　脈寬調(diào)制器:輸入為誤差放大器輸出。輸出分兩路,一路送給門(mén)電路,另</p><p>　　一路送給振蕩器輸入端。</p><p>　　門(mén)電路:門(mén)電路輸入分別受分頻器和脈寬調(diào)制器的輸入控制。</p>

97、<p>　　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。</p><p>　　3.2 開(kāi)關(guān)電源控制方式分析 </p><p>　　開(kāi)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(duì)這三種控制方式作一個(gè)簡(jiǎn)單了解。</p><p>　　3.2.1 電壓控制型</p><p>　　目前，開(kāi)關(guān)電源

98、普遍采用電壓型脈寬調(diào)制()技術(shù),其結(jié)果框圖如圖3-5所示。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(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)變換器輸出電壓的調(diào)節(jié)。電壓型控制方式只有一個(gè)控制環(huán)。因此，設(shè)計(jì)和分析相對(duì)比較簡(jiǎn)單。由于鋸齒波的幅值比較大，所以抗干擾能力比較強(qiáng)。

99、</p><p>　　圖3-5 電壓控制型結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.2.2 電流控制型</p><p>　　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(duì)電壓型控制的一些缺點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的。它保留了電壓控制型的輸出電壓反饋控制部分外，又增加了一個(gè)電流反饋控制環(huán)節(jié)，是一個(gè)電壓電流型雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。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(hào)與誤差

100、放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，以此來(lái)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。電流型控制的工作原理：采用恒定頻率時(shí)鐘脈沖置位鎖存器，輸出脈沖驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，電源回路中的電流脈沖就逐漸增大，當(dāng)電流在采樣電阻上的幅度達(dá)到時(shí)，脈寬比較器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，鎖存器復(fù)位，驅(qū)動(dòng)脈沖封鎖，開(kāi)關(guān)管從導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂＿@樣，逐個(gè)檢測(cè)和調(diào)節(jié)電流脈沖，就可以達(dá)到控制電源輸出電壓的目的。其結(jié)構(gòu)框圖如下圖3-6所示：</p><p>

101、　　圖3-6 電流控制型結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　與電壓型比較，電流型控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　⑴電流型開(kāi)關(guān)電源具有更好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。</p><p>　?、葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性會(huì)有明顯改善。</p><p>　?、瞧鋬?nèi)在的限流能力、并聯(lián)均流能力，使控制電路簡(jiǎn)單可靠。如此看來(lái)，電流控制型將會(huì)是未來(lái)開(kāi)關(guān)電源較為理

102、想的控制方式。</p><p>　　3.2.3 V2控制型</p><p>　　控制型是在電流控制型的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，控制型與電流控制型的區(qū)別在于：控制型用濾波電容電壓采樣替代了電流控制型中的比較器的電流采樣輸入。輸出電壓反饋回來(lái)作為兩個(gè)控制環(huán)的反饋量。一是慢的外環(huán)反饋信號(hào)，輸入到低帶寬的誤差放大器，該誤差放大器將與固定的基準(zhǔn)電壓比較，產(chǎn)生控制電壓；二是輸出電壓的紋波 </p>

103、<p>　　作為內(nèi)環(huán)反饋控制信號(hào)，作為比較器的斜坡信號(hào)反饋到比較器的輸入。事實(shí)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?？刂菩椭?，速度快的內(nèi)環(huán)控制瞬態(tài)響應(yīng)，速度慢的外環(huán)負(fù)責(zé)優(yōu)化控制精度。其原理框圖如下圖3-7所示：</p><p>　　圖3-7 控制型原理框圖</p><p>　　控制型穩(wěn)態(tài)時(shí)的工作原理為：在每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)時(shí)鐘信號(hào)使鎖存器復(fù)位、開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，開(kāi)

104、關(guān)電流由初始值線性增大。由于負(fù)載電流固定不變，所以該變化的電流完全通過(guò)濾波電容的寄生電阻給濾波電容充電，從而在寄生電阻上產(chǎn)生與電感電流斜率相同的壓降 ，該電壓即為內(nèi)環(huán)的采樣電壓。當(dāng) 增大到誤差電壓時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，從而使鎖存器輸出變?yōu)榈碗娖?，開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷。直到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)到來(lái)，開(kāi)始一個(gè)新的周期。</p><p>　　控制型開(kāi)關(guān)電源雖然響應(yīng)速度很快，但其抗干擾能力差，當(dāng)占空比大于50%時(shí)，會(huì)產(chǎn)生次諧波振

105、蕩，所以要使用斜坡補(bǔ)償。另外，控制型方法對(duì)輸入和輸出電流都沒(méi)有直接控制，所以不便于電源的并聯(lián)使用，需要額外的電路進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)最終選用有源箝位正激變換器專用芯片NCP1562，該芯片是電壓控制型16引腳芯片，可以輸出兩路驅(qū)動(dòng)脈沖，分別用于驅(qū)動(dòng)主開(kāi)關(guān)管和有源箝位開(kāi)關(guān)管，而且驅(qū)動(dòng)脈沖可以設(shè)計(jì)死區(qū)時(shí)間，避免兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通。</p><p>　　3.3 驅(qū)動(dòng)芯片

106、NCP1562</p><p>　　3.3.1 芯片簡(jiǎn)要概述</p><p>　　NCP1562芯片是一款為高效DC-DC有源箝位正激變換器所設(shè)計(jì)的電壓型控制芯片，該芯片可以同時(shí)輸出兩路有重疊時(shí)間的驅(qū)動(dòng)脈沖，以防止兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通，還有利于器件軟開(kāi)關(guān)。主輸出用于驅(qū)動(dòng)正激變換器的主MOSFET，第二路輸出可以驅(qū)動(dòng)有源箝位電路的MOSFET、同步整流器件、半橋電路開(kāi)關(guān)器件。</p&g

107、t;<p>　　NCP1562系列靠高精準(zhǔn)的技術(shù)參數(shù)比如最大占空比限制、欠壓檢測(cè)和過(guò)流閾值等來(lái)降低所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的大小。兩個(gè)顯著特點(diǎn)是軟關(guān)斷和時(shí)間控制的跳周期電流限制功能，當(dāng)發(fā)生重要問(wèn)題時(shí)，通過(guò)一個(gè)受控方式的軟關(guān)斷來(lái)關(guān)斷變換器。在過(guò)流條件下，跳周期模式將啟動(dòng)軟關(guān)斷時(shí)序。</p><p><b>　　其主要特性：</b></p><p>　　(1)可調(diào)交疊延時(shí)

108、雙重控制輸出</p><p>　　(2)大于2A的輸出驅(qū)動(dòng)</p><p>　　(3)以受控的軟關(guān)斷方式關(guān)閉變換器</p><p>　　(4)逐周期電流限制</p><p>　　(5)在連續(xù)電流限制條件下啟動(dòng)跳周期模式</p><p>　　(6)帶輸入電壓前饋的電壓控制模式</p><p>　　

109、(7)最大開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)1MHZ</p><p><b>　　(8)雙向頻率同步</b></p><p>　　(9)獨(dú)立的欠壓和過(guò)壓檢測(cè)</p><p>　　(10)可精確設(shè)計(jì)的最大占空比限制</p><p>　　(11)可設(shè)計(jì)產(chǎn)生的最大伏秒積</p><p>　　(12)可設(shè)計(jì)的軟啟動(dòng)</p

110、><p>　　(13)內(nèi)建的100V啟動(dòng)電路</p><p>　　(14)精確的5V基準(zhǔn)電壓</p><p><b>　　(15)無(wú)鉛產(chǎn)品</b></p><p>　　3.3.2 各個(gè)引腳功能</p><p>　　1.輸入電壓(Vin) 可直接連接輸入側(cè)線電壓以啟動(dòng)內(nèi)建的啟動(dòng)器，一個(gè)恒流源提供電流為

111、16引腳的VAUX的旁路電容充電，不需要啟動(dòng)電阻，充電電流典型值為10mA，最大輸入電壓為100V。</p><p>　　2.欠壓過(guò)壓(UVOV) 輸入電壓成比例減小并由電阻取樣，過(guò)欠壓保護(hù)均采用同一個(gè)PIN腳，這是采用新結(jié)構(gòu)達(dá)到的效果。最小和最大輸入電壓是獨(dú)立調(diào)整好的。欠壓點(diǎn)為小于2V，過(guò)壓點(diǎn)為大于3V，欠壓閾值在生產(chǎn)過(guò)程中有3%的誤差，過(guò)欠壓檢測(cè)點(diǎn)均存在100mV的滯后。</p><p&

112、gt;　　3.電壓前饋(FF) 從線電壓上取的一個(gè)外接RC分壓器產(chǎn)生電壓前饋斜坡，這個(gè)斜坡被PWM比較器用來(lái)設(shè)定占空比，形成直接輸入線調(diào)節(jié)。每個(gè)周期通過(guò)內(nèi)置的下拉晶體管對(duì)外部電容進(jìn)行放電，一旦放電，電容就被有效接地，直到下一個(gè)周期開(kāi)始。</p><p>　　4.電流檢測(cè)(CS) 過(guò)流檢測(cè)輸入，當(dāng)CS電壓超過(guò)0.2V(或是NCP1562B超過(guò)0.5V)，變換器將工作在逐周期電流限制模式。一旦有檢測(cè)到電流限制脈沖

113、，跳周期定時(shí)器將被啟動(dòng)。在正常工作狀態(tài)時(shí)，內(nèi)建的前沿消隱脈沖將防止破壞性的誤觸發(fā)。為了提高對(duì)故障的反應(yīng)速度，前沿消隱脈沖在軟起動(dòng)和輸出過(guò)載時(shí)失效。</p><p>　　5.控制回路地(GND) 所有的控制和時(shí)間組件接地點(diǎn)，應(yīng)采用最短的連接方式以提高對(duì)噪聲的抗干擾能力。</p><p>　　6.工作頻率(RTCT) 從參考電壓取樣的外接RTCT來(lái)設(shè)定主輸出的工作頻率和最大占空比，最大工作

114、頻率可達(dá)到1MHZ，通過(guò)對(duì)CT的連續(xù)充放電來(lái)產(chǎn)生一個(gè)幅值在2V到3V之間的鋸齒波。通過(guò)對(duì)鋸齒波的最大值和最小值的精確控制來(lái)提供可精確控制的占空比和頻率。在CT放電期間，輸出被關(guān)斷。</p><p>　　7.同步端(SYNC) 雙向的頻率同步器，允許和另外一個(gè)NCP1562保持同步。低頻率的那個(gè)成為從頻率，也可以與外部信號(hào)保持同步。</p><p>　　8.參考電壓(VREF) 精準(zhǔn)的5

115、V參考，最大輸出電流為5mA，外部需要一個(gè)旁路電容，推薦容量在0.047-1.0uF。</p><p>　　9.誤差輸入(VEA) 外部誤差信號(hào)輸入，并與前饋斜坡相比較。在輸入到PWM比較器之前，一個(gè)串聯(lián)的二極管和電阻對(duì)電壓進(jìn)行補(bǔ)償，一個(gè)內(nèi)置的上拉電阻允許直接連接到光藕。</p><p>　　10.軟啟動(dòng)，軟關(guān)斷(SS) 一個(gè)10uA電流源為外接于此腳的電容充電。在啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)比較這個(gè)

116、腳的電壓和前饋斜坡來(lái)限制占空比。在穩(wěn)定的狀態(tài)下，SS電壓大約在3.8V，一旦發(fā)生欠壓、過(guò)壓、過(guò)溫或跳周期故障時(shí)，電容將被一個(gè)受控的100uA電流源放電，占空比將逐步下降到0%。</p><p>　　11.延時(shí)電阻(tD) 通過(guò)地和此引腳的外接電阻來(lái)設(shè)定OUT1和OUT2間的延遲時(shí)間。</p><p>　　12.跳周期時(shí)間(CSKIP) 在連續(xù)過(guò)流條件下，變換器將被關(guān)斷。故障時(shí)間和變換器

117、的關(guān)斷時(shí)間均由此腳的電容來(lái)決定。當(dāng)檢測(cè)到電流限制發(fā)生時(shí)，跳周期定時(shí)器將被啟動(dòng)，一旦啟動(dòng)，CCSKIP將被一個(gè)100uA的電流源充電。如果過(guò)流故障在進(jìn)入軟關(guān)斷前移除，電容將被10uA的電流源放電。一旦CCSKIP達(dá)到3.0V，變換器進(jìn)入到軟關(guān)斷模式，同時(shí)CCSKIP被10uA電流源放電，當(dāng)CCSKIP達(dá)到0.5V，變換器將重新啟動(dòng)。如果過(guò)流能在這個(gè)階段清除，CCSKIP將被放電到0V，否則，又將從0.5V被重新充電，建立一個(gè)打隔工作模式。

118、</p><p>　　13.第二輸出(OUT2) PWM控制器的第二個(gè)輸出，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)有源箝位/復(fù)位開(kāi)關(guān)、同步整流器或是兩者皆可。OUT2有一個(gè)可以調(diào)節(jié)的前、后沿交迭延時(shí)，與OUT1相反，OUT2最大輸出驅(qū)動(dòng)為1.0A。</p><p>　　14.輸出接地(PGND) 連接到OUT1 和OUT2的地，采用最短連接方式。</p><p>　　15.主輸出(OUT

119、1) 控制器的主要輸出端，最大輸出驅(qū)動(dòng)電流為2.5A。</p><p>　　16.正電壓(VAUX) 正電壓輸入，外接一個(gè)電容用來(lái)儲(chǔ)存電能，內(nèi)置電流源從PIN1腳提供電流為電容充電。當(dāng)達(dá)到10.3V，電流源被關(guān)閉，同時(shí)啟動(dòng)輸出。當(dāng)VAUX下降到8V，電流源將恢復(fù)充電。如果偏置電流的損耗超過(guò)啟動(dòng)電流，VAUX將持續(xù)放電。當(dāng)VAUX達(dá)到7.0V，輸出將被關(guān)斷，并允許VAUX充電。在正常工作時(shí)，IC通過(guò)輔助繞組獲得