畢業(yè)論文-基于推挽電路的低壓大電流電源設(shè)計(jì)

1、abstract燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文基于推挽電路的低壓大電流電源設(shè)計(jì)*燕 山 大 學(xué)2012年6月摘 要隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，小功率dc-dc變換器在計(jì)算機(jī)、通訊等應(yīng)用場(chǎng)合得到了廣泛的使用。為了滿足這些場(chǎng)合對(duì)更快、更有效的數(shù)據(jù)處理的要求，其供電電源的要求也在不斷提高，具體表現(xiàn)在：更低輸出電壓、更高輸出電流、高功率密度、高效率、快動(dòng)態(tài)響應(yīng)及高可靠性。本文是基于推挽電路，實(shí)現(xiàn)dc-dc變換的低壓大電流電路設(shè)計(jì)。本文針對(duì)低壓大電流輸出的小功率dc-dc變換器，分析利用推挽電路、同步整流、buck電路實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)48v到1v直流電壓變換，采用兩級(jí)變換方法。利用推挽電路及同步整流實(shí)現(xiàn)第一級(jí)

2、變換。推挽電路采用正激推挽電路，有效地發(fā)揮了推挽電路的優(yōu)點(diǎn)并且抑制了尖峰值過(guò)高和漏磁嚴(yán)重等不足，同步整流部分采用半橋整流技術(shù)。利用buck變換器實(shí)現(xiàn)第二級(jí)變換?？刂齐娐凡糠植捎胹g3525實(shí)現(xiàn)。最后通過(guò)閉環(huán)仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)性能基本符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞： dc-dc；低壓大電流；推挽電路；同步整流；buckabstractwith the rapid development of information technology，low power dc-dc converter is used widely in computer and communication applicationsin

3、order to meet demands for faster and moil efficient data processing in these applications，aggressive power management is requiredthat is to say, special power supply is needed to provide lower voltages with higher currents and fast transient capabilities，whilst high power density, high efficiency, a

4、nd high reliability is also desired. a low voltage high current circuit based on push-pull circuit is designed in this paper.aimed at a low pressure high current low voltage dc-dc converter, a push-pull circuit combined with synchronous rectifier is used as the fires step of conversion, and a buck c

5、ircuit as the second step of conversion, to accomplish a 48v-1v direct current electric voltage transformation. the converter can work with the merits of repressed peak current of push-pull circuit. sg3525 is used to realize the control system. simulation results proved that the designed system oper

6、ate according to the theoretical analysis.key words： dc-dc； low voltage high current; push-pull circuit; synchronously unify current; buck目錄摘要abstractii第1章 緒論11.1 直流變換器研究國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)11.2 低壓大電流研究意義11.3 低壓大電流最新研究成果21.4 低壓大電流發(fā)展趨勢(shì)31.5 本課題研究?jī)?nèi)容41.5.1方案總體結(jié)構(gòu)41.5.2 正激推挽電路51.5.3 buck變換器51.6 本章小結(jié)6第2章 電路工作原理與設(shè)計(jì)72.1 電路

7、原理分析72.1.1 推挽電路72.1.2 buck電路152.2 主要參數(shù)計(jì)算212.2.1 正激推挽電路參數(shù)計(jì)算212.2.2 buck主要參數(shù)的計(jì)算232.3 本章小結(jié)27第3章 仿真研究283.1 正激推挽電路電路及仿真283.2 buck電路仿真波形303.3 推挽buck電路仿真波形323.4 閉環(huán)仿真波形333.5 本章小結(jié)35結(jié)論36參考文獻(xiàn)37致謝39附錄140附錄241附錄345附錄450附錄555第1章 緒論 第1章 緒論1.1 直流變換器研究國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展，高速超大規(guī)模集成電路尺寸的不斷減小，計(jì)算機(jī)、工作站、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、便攜式設(shè)備得到迅猛的發(fā)展，而這

8、些計(jì)算機(jī)、通訊產(chǎn)品的核心部件是微處理器等典型的數(shù)據(jù)處理電路。在這些場(chǎng)合，廣泛的采用直流分布式電源及系統(tǒng)，低壓大電流開(kāi)關(guān)電源成為目前一個(gè)重要的研究課題。在保持開(kāi)關(guān)頻率一定的前提下，應(yīng)盡可能減小濾波電感的值,以提高功率密度，實(shí)現(xiàn)整個(gè)變換器的微型化。構(gòu)成這些電源系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是各種不同技術(shù)規(guī)格的dc-dc變換器模塊。但是，減小濾波電感會(huì)導(dǎo)致輸出紋波變大，從而影響變換器的性能。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究人員為此作了大量的研究，提出了倍流整流次級(jí)側(cè)結(jié)構(gòu)，具有極好的性能，得到了廣泛的使用。對(duì)于其供電電源來(lái)說(shuō)，這些數(shù)據(jù)處理電路構(gòu)成一類(lèi)特殊的負(fù)載，工作電壓較低、電流較大，各種工作狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的電流變化率很高

9、。目前，國(guó)外對(duì)中小功率低電壓大電流輸出dc-dc變換器的研究已取得了較大進(jìn)展，對(duì)很多關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了切實(shí)有效的研究及技術(shù)儲(chǔ)備。能夠?qū)崿F(xiàn)3.3v以下輸出電壓、50a以上輸出電流的模塊電源的大規(guī)模生產(chǎn)，且體積已做得相當(dāng)小，功率密度超過(guò)了50w/in，現(xiàn)正向120w/in發(fā)展。而國(guó)內(nèi)雖有部分單位也已投入了小功率dc-dc變換器的研究但不成氣候，未引起足夠的重視。從美國(guó)開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)來(lái)看，跟隨著計(jì)算機(jī)通訊設(shè)備迅速、持續(xù)穩(wěn)定的增長(zhǎng)及新的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品市場(chǎng)的迅速增長(zhǎng)，未來(lái)的開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)是非常樂(lè)觀的，對(duì)中小功率變換器的需求更是呈現(xiàn)迅速上升趨勢(shì)。1.2 低壓大電流研究意義在我國(guó)入關(guān)之后，國(guó)內(nèi)開(kāi)關(guān)電源研發(fā)、生產(chǎn)單位將直接

10、面對(duì)國(guó)際開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。而小功率開(kāi)關(guān)電源又是一種技術(shù)含量較高的電力電子產(chǎn)品，高可靠性是第一位重要的指標(biāo)，其次，emi、pfc、工藝結(jié)構(gòu)、效率、體積、重量和成本等指標(biāo)，也是決定我們自己的產(chǎn)品能否參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的重要因素。為了不致重蹈國(guó)內(nèi)的中小功率通用型變頻器市場(chǎng)幾乎全被國(guó)外產(chǎn)品占領(lǐng)的覆轍，加強(qiáng)對(duì)小功率開(kāi)關(guān)電源的研究、開(kāi)發(fā)和組織規(guī)模生產(chǎn)，刻不容緩。低壓大電流的dc-dc變換器作為通信電源有時(shí)要給多個(gè)電子設(shè)備供電，希望在任何時(shí)候突加或突減負(fù)城時(shí)都能很快的進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作，這就要求系統(tǒng)有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。當(dāng)計(jì)算機(jī)從給主板和內(nèi)存供電的休眠狀態(tài)進(jìn)入滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的喚醒過(guò)程，就是個(gè)很常見(jiàn)的突加負(fù)荷的動(dòng)態(tài)

11、過(guò)程，通常我們希望這個(gè)過(guò)程能夠越短越好，但這首先要求給計(jì)算機(jī)供電的電源系統(tǒng)有一個(gè)較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。1.3 低壓大電流最新研究成果 以典型的interl pentiurn pro微處理器為例，目前其工作主頻在600mhz以上，供電電壓在2.53.5v之間，這一工作電壓由計(jì)算機(jī)“銀盒”中的5v或12v電壓，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的傳輸線引出，通過(guò)處理器附近的buck變換器進(jìn)行電壓變換后得到。為了進(jìn)一步提高微處理器等數(shù)據(jù)處理電路的速度，實(shí)現(xiàn)更加快速有效的數(shù)據(jù)處理，其工作頻率將進(jìn)一步提高，供電電壓將越來(lái)越低，而且隨著集成度的不斷提高，越來(lái)越多的處理器集成電路將集成在同一個(gè)芯片上，因此下一代微處理器的額定工作電流將

12、達(dá)到50a100a，甚至更高，要求微處理器有嚴(yán)格的功率管理措施。所有這些對(duì)微處理器這類(lèi)典型負(fù)載的供電電源提出了更高的要求。目前國(guó)外很多研發(fā)機(jī)構(gòu)、公司已經(jīng)針對(duì)高速微處理器這類(lèi)特殊負(fù)載的供電電源進(jìn)行了廣泛深入的研究，并把這一研究熱點(diǎn)，給以專(zhuān)門(mén)的名稱(chēng)vrm，即電壓調(diào)節(jié)器模塊。針對(duì)微處理器等高速數(shù)據(jù)處理電路的要求，vrm必須提供經(jīng)過(guò)嚴(yán)格調(diào)整的低壓和大電流輸出，具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)?？刂葡到y(tǒng)中經(jīng)典的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)工作原理一般是將輸出和給定比較所得的誤差經(jīng)過(guò)放大環(huán)節(jié)放大后，送給調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)誤差的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，使輸出盡量逼近所預(yù)期的值。穩(wěn)定工作時(shí)，控制系統(tǒng)處于一個(gè)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)受到外部擾動(dòng)作用時(shí)，系統(tǒng)

13、將會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)并重新回到個(gè)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。由于系統(tǒng)中的慣性環(huán)節(jié)和儲(chǔ)能元件的存在以及些遲滯環(huán)節(jié)的作用，輸出量不會(huì)立即按希望的規(guī)律回到穩(wěn)定工作時(shí)的預(yù)期值，而是有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程。所謂好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性就是當(dāng)系統(tǒng)在外部擾動(dòng)作用時(shí)能夠通過(guò)自身的調(diào)節(jié)作用很快完成過(guò)渡過(guò)程進(jìn)入穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。在一個(gè)pwm變換器系統(tǒng)中，起調(diào)節(jié)作用的是脈沖寬度調(diào)制器(pwm)，通常它包含在一個(gè)專(zhuān)用的集成芯片中或是由數(shù)字處理器通過(guò)算法來(lái)完成，它是根據(jù)誤差大小通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖寬度，使變換器的輸出盡可能的接近給定值。變換器系統(tǒng)。變換器系統(tǒng)中，基于pwm原理的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器相當(dāng)于一個(gè)調(diào)節(jié)器，開(kāi)關(guān)管組成的電路拓?fù)湎喈?dāng)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，

14、各延時(shí)環(huán)節(jié)以及輸出濾波電感和電容相當(dāng)于系統(tǒng)中的慣性環(huán)節(jié)。1.4 低壓大電流發(fā)展趨勢(shì)據(jù)權(quán)威市場(chǎng)專(zhuān)家預(yù)測(cè)：在今后五年內(nèi)，小功率dc-dc變換器的主要發(fā)展趨勢(shì)是：為了適應(yīng)超高頻cpu芯片的迅速發(fā)展，dc-dc變換器向低輸出電壓(最低可低到12v)、高輸出電流、低成本、高頻化(400-500khz)、高功率密度、高可靠性(nbf105)、高效率的方向發(fā)展。以前標(biāo)準(zhǔn)模快的高度是12.7mm（0.5英寸），最近已下降到9.53mm（0.375英寸），一般客戶要求薄型封裝尺寸為7.5mm（0.295英寸），8.5mm（0.335英寸），10mm（0.394英寸）。外形尺寸趨于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化尺寸，多為1/8、1/

15、4、1/2、3/4和全磚式結(jié)構(gòu)，輸出端子相互兼容的設(shè)計(jì)日趨明顯。模塊內(nèi)部控制電路傾向于采用數(shù)字控制方式，非隔離式dc/dc變換器比隔離式增長(zhǎng)速度快，分布式電源比集中式電源發(fā)展快。隨著半導(dǎo)體工藝等級(jí)未來(lái)十年將從0.18m向50nm邁進(jìn)，芯片所需最低電壓最終將變?yōu)?.6v，但輸出電流將朝著大電流方向發(fā)展。據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，電源對(duì)各種電壓的需求百分率走勢(shì)?？梢钥闯鑫磥?lái)用戶所需電源電壓有下降趨勢(shì)，估計(jì)不久將來(lái)1v及1v以下的電源需求量將會(huì)有明顯增加。應(yīng)用各種軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，包括無(wú)源無(wú)損軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)（如zvs/zcs諧振、準(zhǔn)諧振）、恒頻零開(kāi)關(guān)技術(shù)、零電壓、零電流轉(zhuǎn)換技術(shù)及目前同

16、步整流用mosfet代替整流二極管都能大大地提高模塊在低輸出電壓時(shí)的效率，而效率的提高使得敞開(kāi)式無(wú)散熱器的電源模塊有了實(shí)現(xiàn)的可能。這類(lèi)模塊是當(dāng)今世界模塊發(fā)展的潮流，必將得到廣泛應(yīng)用。隨著器件性能的改變，電源效率即將達(dá)到92（5v）、90（3.3v）、87.5（2v）。1991年高功率密度定義為每立方英寸輸出功率25w，以后逐年增加，1994年為每立方英寸36w，1999年為每立方英寸52w，到2001年為每立方英寸96w，現(xiàn)在每立方英寸達(dá)數(shù)百w。在全球范圍內(nèi)高功率密度直流轉(zhuǎn)換模塊市場(chǎng)以每年16.8的增長(zhǎng)速度向前發(fā)展。輸出電流將增長(zhǎng)到半磚80a、1/4磚50a。目前，日本tdk公司推出新一代分布

17、式隔離型dc/dc轉(zhuǎn)換器，其參數(shù)為1/4磚輸入電壓42v58v、輸出電壓12v、輸出電流27a、效率為95，功率密度已達(dá)每立方英寸236w；1/8磚輸入電壓42v58v、輸出電壓12v、輸出電流13.5a、效率為95，功率密度已達(dá)每立方英寸214w。為了縮小開(kāi)關(guān)電源的體積，提高電源的功率密度并改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)，小功率dc/dc變換器的開(kāi)關(guān)頻率已由現(xiàn)在的200khz500khz提高到1mhz以上，但高頻化又會(huì)產(chǎn)生新的問(wèn)題，如開(kāi)關(guān)損耗以及無(wú)源元件的損耗增大，高頻寄生參數(shù)的影響以及高頻電磁干擾增大等。1.5 本課題研究?jī)?nèi)容1.5.1方案總體結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：采用推挽主電路電路與倍流整流電路結(jié)合

18、實(shí)現(xiàn)：ui=48v，uo=1v，p=50w的變換要求。由于設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)低壓大電流變換，占空比d=uo/ui，占空比約為0.02。在現(xiàn)實(shí)中，這么小的占空比很難實(shí)現(xiàn)，會(huì)存在很大的誤差，所以完成設(shè)計(jì)采用兩級(jí)變換的方式。按照設(shè)計(jì)要求，及采用的電路的實(shí)際情況，第一級(jí)變換采用正激推挽電路，實(shí)現(xiàn)48v到5v的電壓變換，第二級(jí)變換采用buck電路，實(shí)現(xiàn)最終5v到1v的電壓變換。中間采用半橋同步整流。主電路圖1-1：圖1-1 主電路設(shè)計(jì)圖電路前半部分是正激推挽電路，在變壓器副邊，經(jīng)過(guò)同步整流和濾波過(guò)程后，經(jīng)過(guò)buck變換器，最終實(shí)現(xiàn)1v電壓輸出。1.5.2 正激推挽電路近年來(lái)，電力電子技術(shù)發(fā)展迅猛，高頻開(kāi)關(guān)電源

19、以其效率高，體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)，郵電通信，電力系統(tǒng)和航空航天等領(lǐng)域。在低壓大電流應(yīng)用場(chǎng)合，推挽電路以其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，變壓器磁芯利用率高等優(yōu)點(diǎn)成為一種優(yōu)選方案，但推挽電路有它難以克服的缺點(diǎn)：（1）變壓器的鐵心偏磁，這給器件的一致性和驅(qū)動(dòng)電路脈沖寬度的一致性提出了較高的要求e同時(shí)控制方式也要求采用電流型控制方案；（2）開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)漏感能量在開(kāi)關(guān)管上引起高的電壓尖峰，給主變壓器的繞制提出了很高的要求。這兩個(gè)缺點(diǎn)限制了推挽電路的應(yīng)用。本文討論的正激推挽電路增加了一個(gè)無(wú)損元件-電容，克服了推挽電路的缺點(diǎn)，具有：（1）抑制變壓器的鐵心偏磁；（2）變壓器磁芯雙向磁化；（3）抑制開(kāi)關(guān)管兩端

20、的關(guān)斷電壓尖峰等優(yōu)點(diǎn)，成為低壓大電流應(yīng)用場(chǎng)合具有優(yōu)勢(shì)的電路拓?fù)洹?.5.3 buck變換器buck型變換器又叫降壓型變換器或串聯(lián)開(kāi)關(guān)變換器。降壓變換器輸出電壓平均值uo總是小于輸入電壓uin。通常電感中電流是否連續(xù)，取決于開(kāi)關(guān)頻率，濾波電感l(wèi)和電容c的值。簡(jiǎn)單的buck電路輸出的電壓不穩(wěn)定，會(huì)受到負(fù)載和外部的干擾，當(dāng)加入pid控制器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制?？煽刂撇蓸迎h(huán)節(jié)得到的pwm調(diào)制波，再與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，通過(guò)pid控制器得到反饋信號(hào)，與三角波進(jìn)行比較，得到調(diào)制后的開(kāi)關(guān)波形，將作為開(kāi)關(guān)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)buck電路閉環(huán)pid控制系統(tǒng)。1.6 本章小結(jié)本章對(duì)dc/dc變換電路的背景、發(fā)展、研究成果及涉及

21、到的相關(guān)電路進(jìn)行了說(shuō)明。說(shuō)明了本文涉及內(nèi)容的研究意義和主要研究方法。5第2章 電路工作原理與設(shè)計(jì)第2章 電路工作原理與設(shè)計(jì)2.1 電路原理分析2.1.1 推挽電路目前,有變壓器隔離的dc -dc變換技術(shù)在傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中較為常用的是推挽變換器和正激變換器（如圖2-1所示）。（a） 推挽變換器拓?fù)洌╞） 正激變換器拓?fù)鋱D2-1 傳統(tǒng)dc-dc變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳統(tǒng)正激變換器和推挽變換器兩種電路拓?fù)涓饔懈髯缘膬?yōu)缺點(diǎn),但都具有一定的局限性:單端正激變換器為了防止變壓器磁芯飽和,存在去磁復(fù)位的問(wèn)題,故對(duì)占空比有一定的限制條件;推挽變換器功率開(kāi)關(guān)管承受的電壓應(yīng)力高,只適用于低輸入電壓的場(chǎng)合,而且開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)

22、漏感能量在開(kāi)關(guān)管上引起高的電壓尖峰,給主功率變壓器的繞制提出了很高的要求,同時(shí)變壓器的偏磁問(wèn)題給器件的一致性和驅(qū)動(dòng)電路脈沖寬度的一致性提出了較高的要求 。若將兩種電路有機(jī)地結(jié)合在一起,同時(shí)保留兩種電路的優(yōu)點(diǎn)、克服它們的缺點(diǎn)的話,所得到的電路將是非常理想的。通過(guò)一個(gè)無(wú)損元件電容將推挽變換器和正激變換器結(jié)合在一起的電路即推挽正激變換器。2.1.1.1 正激推挽電路圖2-2推挽正激變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖中,關(guān)鍵的部分是變壓器t和電容c。變壓器的原邊繞組lp1和lp2的匝數(shù)是相等的,變壓器的副邊接入了全橋整流電路。該電路與推挽電路的不同之處就在于兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件s1和s2中間接入了一個(gè)無(wú)損元件箝位電容c

23、,另外兩端接在直流電源的正負(fù)極上。正是因?yàn)閏的存在,使得整個(gè)電路工作原理和效果完全不同于推挽電路,從而克服了推挽變換器和正激變換器的缺點(diǎn)。圖2-2 正激推挽電路結(jié)構(gòu)在電路穩(wěn)態(tài)的時(shí)候,不論是s1或s2哪一個(gè)導(dǎo)通, c都是跟變壓器原邊的一個(gè)繞組并聯(lián)的, 所以, c上的電壓總是上負(fù)下正,且約等于輸入直流電源的電壓uin。而uin、uc、uds1和uds2構(gòu)成一個(gè)回路,由基爾霍夫電壓定律可知: （2-1） 式中, uds1和uds2分別為s1或s2漏源極壓降。穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，電感電流的波形ilf為三角波，周期性的在ilmax到ilmin的范圍內(nèi)變化。m1或m2導(dǎo)通期間ilf的增長(zhǎng)量ilf（+）等于m1和m

24、2都截止期間的減小量ilf（-）。即ilf（+）=ilf（-）=ilf=vo（1d）ts/2lf。所以，（nvinvo）dts/2lf=vo（1d）ts/2lf，即vo=ndvin假定變換器損耗為零，則輸出功率等于輸出功率，這樣有iin=ndio式中：iin為平均輸出電流，io=1/2（ilfmax+ilfmin）為負(fù)載平均電流。其中ilfmax和ilfmin的大小為 因?yàn)殚_(kāi)關(guān)管漏源極壓降uds1, 2 0 (等于零的情況出現(xiàn)在漏源極承受電壓為反偏,此時(shí)反向并聯(lián)的二極管導(dǎo)通,漏源極電壓被箝位在0) ,故開(kāi)關(guān)管在工作過(guò)程中所承受的最大的電壓應(yīng)力是2uin ,因此,加入c可消除開(kāi)關(guān)管的電壓過(guò)沖現(xiàn)象

25、。同時(shí),由于c的端電壓具有浮動(dòng)特性,如果選擇合適的箝位電容值,即能保證變壓器磁通在同一周期的兩個(gè)半周期中有相等的伏秒數(shù)和磁芯的雙向?qū)ΨQ(chēng)磁化,使激磁電流和磁通在周期結(jié)束時(shí)回到起始點(diǎn),無(wú)直流偏磁的現(xiàn)象。所以,推挽正激變換器的主要改進(jìn)在于c,它的引入抑制了開(kāi)關(guān)管的電壓尖峰,同時(shí)也抑制了推挽變換器固有的直流偏磁現(xiàn)象。推挽正激變換器保持了推挽電路和正激電路的優(yōu)點(diǎn),克服了兩者的缺點(diǎn),具有: 抑制變壓器的磁芯偏磁; 變壓器磁芯雙向磁化; 抑制開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷電壓尖峰等優(yōu)點(diǎn),在低壓大電流的應(yīng)用場(chǎng)合中獲得了較高的效率,成為該場(chǎng)合較有優(yōu)勢(shì)的電路拓?fù)湫问健?.1.1.2 正激推挽電路工作過(guò)程圖2-3為電路的工作狀態(tài)波形

26、，一個(gè)周期中工作，該電路有八個(gè)開(kāi)關(guān)模態(tài)。圖2-4為各模態(tài)等效電路圖。t0-t1 在t0時(shí)刻以前，原邊電流沿vin-np2-c2-np1環(huán)流，環(huán)流電流為ia=nilfmax/2；副邊整流管d2d3，d1d4同時(shí)導(dǎo)通，i3=i4=1/2ilfmin，副邊處于短路狀態(tài)。在t0時(shí)刻，m1開(kāi)通，vin加在np1上，i1迅速上升，vc加在np2上，i2迅速減小。相應(yīng)的，在副邊，流過(guò)d1，d4的電流增大，流過(guò)d2，d3的電流減小，當(dāng)i3增大到負(fù)載電流時(shí)，i4減小到零時(shí)，該工作狀態(tài)結(jié)束。在t0-t1階段，i3由1/2ilfmin增加到ilfmin，增加量為1/2ilfmin=vo* tt1-to/n2l，所以

27、tt1-to= ilfminn2l/2vin= （io-1/2ilf）n2l/2vin （2-3）由ldi1/dt= vin和ldi2/dt= vc，由于副邊短路，vin和vc加在變壓器漏感上，可得i1(t1-t0)=vin/l tt1-to=1/2ilfminn在t1時(shí)刻i1t1=ia+i1(t1-t0)=1/2(ilfmax+ilfmin)n= i0ni2t1=ia-i2(t1-t0)=1/2(ilfmax-ilfmin)n= 1/2ilfn圖2-3 電路的工作狀態(tài)波形此期間m2上的電壓應(yīng)力為vin。此開(kāi)關(guān)模態(tài)的等效電路如圖2-4（a）所示。t1-t2 當(dāng)i3的電流等于負(fù)載電流，i4的電流

28、為零時(shí)，進(jìn)入此開(kāi)關(guān)模態(tài)。vin和vc加在lm和lf上，提供勵(lì)磁電流和負(fù)載電流。輸入電源電壓和np1并聯(lián)，i1由勵(lì)磁電流和負(fù)載電流兩部分構(gòu)成，負(fù)載電流部分上升斜率vin/（lf/n2）= n2/vinlf；勵(lì)磁電流部分上升斜率為vin/lm，電容c2和np2并聯(lián)，i2在vc的作用(a) t0-t1 (b) t1-t2(c) t2-t3(d) t3-t4圖2-4 各模態(tài)等效電路圖下減小并反向，下降斜率為-vc/（lf/n2）= -n2/vinlf；此時(shí)，正激推挽電路相當(dāng)于兩個(gè)單端成績(jī)電路并聯(lián)，故此電路成為正激推挽電路。等效電路圖如圖2-4（b）所示。i1和i2為 （2-4） （2-5）在t2時(shí)刻其

29、中為勵(lì)磁電流。在m1關(guān)斷瞬間，所有的負(fù)載電流和勵(lì)磁電流都流過(guò)m1，此時(shí)流過(guò)的m1電流最大，m1的電流應(yīng)力為 （2-6） 再次開(kāi)關(guān)模態(tài)中m2的電壓應(yīng)力最大，為m1關(guān)斷后，此工作模態(tài)狀態(tài)。t2t3 由之前計(jì)算可知，在t1t2期間i1始終大于i2，所以m1關(guān)斷后，m2的反并二極管dm2被迫導(dǎo)通，漏感能量通過(guò)低阻抗回路np1-dm2-c2釋放，vc加在np1上，i1以斜率- vc/l迅速減小。同時(shí)電源正-np2-dm2-電源負(fù)構(gòu)成一回路，vin加在np2上，i2按參考方向以斜率vin/l迅速增大。直到i2= i1= ia時(shí)，dm2自然關(guān)斷，此工作模態(tài)結(jié)束。在此期間np1同名端為正，np2同名端為負(fù)，勵(lì)

30、磁電流im轉(zhuǎn)移到副邊環(huán)流，在t3時(shí)刻，i1和i2都變換為ia，變化量為由ldi1/dt= vc和ldi2/dt= vin可得 由于m2的反并二極管dm2導(dǎo)通，故加在其兩端的電壓為零，而m1上的電壓為vc +vin，即2vin。t3t4 在此期間，開(kāi)關(guān)管m1和m2都關(guān)斷，漏感電流在原邊沿電源正- np2- c2- np1-電源負(fù)環(huán)流，變壓器兩組原邊反向串聯(lián)，原邊兩繞組電壓都為零，因此，加在開(kāi)關(guān)管上的電壓都為vin。同時(shí)勵(lì)磁電流在副邊環(huán)流。m2導(dǎo)通時(shí)，此工作模態(tài)結(jié)束。此工作模態(tài)的等效電路如圖2-4（d）所示。在t0t4期間，（a）di1/dt=-di2/dt；（b）t0t1，t2t3期間勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)

31、移到副邊環(huán)流，所以，此期間i1和i2的電流的和等于t2時(shí)刻i1與i2的和減去勵(lì)磁電流im，因此 （2-7）t4t8 下半周期的工作模態(tài)和上半周期相同，只是勵(lì)磁電流反向，完成變壓器的去磁，故從略2.1.2 buck電路buck型變換器是一種單開(kāi)關(guān)非隔離變換器。其電路組成如圖2-5所示，它是由一個(gè)電子開(kāi)關(guān)s，二極管d，電感l(wèi)，電容c和一個(gè)基本負(fù)載電阻r構(gòu)成的。如果讓s周期性導(dǎo)通關(guān)斷，對(duì)輸入電壓vi進(jìn)行斬波，在二極管的兩端可以得到一連串方波電壓va。經(jīng)過(guò)串聯(lián)電感濾波電路的濾波，在輸出端就可以得到平穩(wěn)的直流輸出電壓vo了，控制開(kāi)關(guān)s的開(kāi)通與關(guān)斷比例，就可以對(duì)輸出電壓vo的高低進(jìn)行控制。圖2-5 buc

32、k型變換器電路2.1.2.1 占空比定義為了敘述和分析問(wèn)題方便，設(shè)開(kāi)關(guān)的閉合導(dǎo)通時(shí)間為ton，斷開(kāi)時(shí)間為toff，開(kāi)關(guān)周期為ts。我們用占空比d1來(lái)描述開(kāi)關(guān)s接通（閉合）的時(shí)間和工作周期比例關(guān)系。占空比定義為：（2-8）其中：ts是開(kāi)關(guān)動(dòng)作周期（ts=ton+toff），ton是開(kāi)關(guān)接通時(shí)間，toff是開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)間。如果研究變換器的穩(wěn)態(tài)關(guān)系，我們采用式（2-8），如果研究的是變換器的動(dòng)態(tài)過(guò)程，研究占空比對(duì)輸出電壓的影響等關(guān)系的時(shí)候，開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間ton和斷開(kāi)時(shí)間toff都采用小寫(xiě)字母表示，占空比也用小寫(xiě)字母d1來(lái)描述：(2-9)其中：ts是開(kāi)關(guān)動(dòng)作周期（ts=ton+toff），ton是開(kāi)

33、關(guān)接通時(shí)間，toff是開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)間。顯然，不論使用式（2-8）還是式（2-9），開(kāi)關(guān)的工作周期是不變的，并且具有關(guān)系：另外，我們用d2來(lái)描述二極管d的導(dǎo)通（續(xù)流）的時(shí)間和工作周期的比例關(guān)系。在電感電流連續(xù)時(shí)，開(kāi)關(guān)占空比和二極管占空比之和恒有關(guān)系：d1+ d2=1。并且：（2-10）其中：其中：ts是開(kāi)關(guān)動(dòng)作周期（ts=ton+toff），ton是開(kāi)關(guān)s接通時(shí)間，toff是開(kāi)關(guān)s關(guān)斷時(shí)間。但在電感電流斷續(xù)時(shí)，式（2-10）的關(guān)系不能成立，電感電流斷續(xù)狀態(tài)下，兩個(gè)占空比存在下面的不等式：取等號(hào)時(shí)對(duì)應(yīng)電感電流連續(xù)與斷續(xù)的分界，也叫臨界點(diǎn)。在電感電流連續(xù)的情況下，通常我們僅使用占空比d1來(lái)敘述和分析問(wèn)

34、題。2.1.2.2 工作過(guò)程分析buck變換器的整個(gè)工作過(guò)程可以分為動(dòng)態(tài)階段和穩(wěn)定階段兩個(gè)部分。其中動(dòng)態(tài)階段又可以細(xì)分為兩個(gè)過(guò)程。設(shè)初始狀態(tài)為零，即：電容的電壓為零，電感的電流為零，開(kāi)關(guān)以一定的占空比周期性的工作。當(dāng)開(kāi)關(guān)s閉合后，輸入電壓v1完全加在二極管d的兩端，上正下負(fù)，二極管被反偏截止。由于此時(shí)電容c的初始電壓完全為零（vc=vo輸出電壓為零），電容電壓不能突變，所以輸入電壓完全加在電感l(wèi)之上。形成經(jīng)開(kāi)關(guān)s，電感l(wèi)，電容c和電阻r構(gòu)成的回路，建立起初始電流。隨著開(kāi)關(guān)閉合時(shí)間的增加，電感電流逐漸增大，這個(gè)電感電流中的一部分供給電阻r成為輸出電流，另一部分對(duì)電容充電，使電容兩端的電壓逐步上升

35、。由于電容電壓從零開(kāi)始建立，在開(kāi)關(guān)s閉合期間電感電流的增量相對(duì)較大，而輸出給電阻r的負(fù)載電流與電容電壓成正比，故開(kāi)始階段電容的充電電流最大，電容電壓上升的最快。當(dāng)開(kāi)關(guān)s斷開(kāi)后，由于電感電流不能突變，失去外加激勵(lì)趨于下降的電感電流，正在電感l(wèi)兩端產(chǎn)生右正左負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這一感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，克服電容器電壓是二極管d承受的正偏導(dǎo)通，形成 lc， rdl的續(xù)流回路。在開(kāi)始階段的若干周期內(nèi)，由于電容電壓尚處于一個(gè)比較低的數(shù)值，輸出的在負(fù)載電流不大，因此，電感電流的大部分仍將作為充電電流對(duì)電容充電，使得電容電壓繼續(xù)升高。不過(guò)由于以后的每一個(gè)周期里，電容的初始電壓總是比前一個(gè)周期的電壓高，開(kāi)關(guān)閉合期間，電感電

36、流的增量在不斷減小，而負(fù)載電流在不斷增加，因此電容的充電電流在逐漸減小，電容電壓上升的速度在逐漸變慢（盡管電容充電電流在減小，但始終大于零）。這種情況將持續(xù)若干這周期，這一階段稱(chēng)為動(dòng)態(tài)過(guò)程的第一個(gè)階段，也是動(dòng)態(tài)過(guò)程的初始階段。這一階段的特點(diǎn)是：不論開(kāi)關(guān)的狀態(tài)如何，電容的充電電流有大變小，但電容的充電電流始終大于零。電容電壓是在不斷升高，輸出電流也在不斷增加。在其后的若干個(gè)周期里，開(kāi)關(guān)閉合期間內(nèi)，電感電流仍將增加，并同事給負(fù)載電阻r和電容c提供電流。但是由于輸出電壓vo的不斷升高，使得輸出的負(fù)載電流也在不斷增大，因此給電容充電的電流將逐漸減小。另一方面，由于電容電壓的增阿加，開(kāi)關(guān)閉合期間內(nèi)，電感

37、電流的增加量也將變的更?。釉陔姼衅魃系募?lì)電壓為vi-vo），所以在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，電容的充電電流將有原來(lái)的始終大于零逐漸變化為一段時(shí)間里大于零，一段時(shí)間里小于零。即：隨著電感電流的逐漸下降，由原來(lái)的電感除了能提供足夠的負(fù)載電流之外，還始終能給電容提供一部分充電電流，逐漸變?yōu)殡姼须娏鞑粌H不能給電容提供充電電流，而且負(fù)載所需要的電流的一部分還要靠電容的放電電流維持。這個(gè)過(guò)程的每一個(gè)周期內(nèi)，電容的充電電荷量仍將大于放電電荷量。雖然電容電壓會(huì)出現(xiàn)時(shí)而上升時(shí)而下降的現(xiàn)象，但是總體上將電容電壓任何將保持上升趨勢(shì)。這是動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程的第二階段，也是后期的階段。這個(gè)階段的特點(diǎn)是：隨著電壓的不斷升高，電感電流的

38、增量在準(zhǔn)淺淺笑，電容的充電電流由始終大于零變?yōu)闀r(shí)而大于零（充電），時(shí)而小于零（放電），而總趨勢(shì)仍然是輸出電壓還在不斷升高。當(dāng)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電容充，放電電荷相等時(shí)，電路就進(jìn)入了穩(wěn)態(tài)。開(kāi)關(guān)閉合式，電感電流增加，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電感電流下降，電容的充，放電電流在一個(gè)周期內(nèi)的平均值等于零，即：在電容充電電流大于零（ilir）時(shí)電容電壓上升，“充電”電流小于零（ilir）時(shí)電容電壓下降。因此輸出電壓的平均值保持不變，輸出電壓存在脈動(dòng)成分。此時(shí)電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作階段。這個(gè)階段的特點(diǎn)是：電容的充，放電電流在一個(gè)周期內(nèi)的平均值是等于零的，輸出電壓的平均值保持不變，輸出電壓存在因電容充，放電形成的脈動(dòng)成分。2.1.2.

39、3 典型工作波形圖2-6 buck變換器電感電流連續(xù)時(shí)的典型工作波形 為了深入理解buck變換器，我們有必要分析變換去問(wèn)臺(tái)工作室電路中個(gè)點(diǎn)波形的形狀和特點(diǎn)，并進(jìn)一步得出主要參量與電路參數(shù)之間的關(guān)系。為了簡(jiǎn)化推導(dǎo)過(guò)程，在分析之前我們做幾點(diǎn)假設(shè)：（1） 電路中所有的器件均是理想的。即：開(kāi)關(guān)器件，二極管具有理想特性，沒(méi)有功率損耗；電感，電容也是理想的，電感工作于線性區(qū)，無(wú)寄生電阻，并且不存在飽和問(wèn)題。電容等效的串聯(lián)電阻為零，并聯(lián)電阻無(wú)窮大。（2） 電容的容量足夠大，輸出電壓的紋波分量與輸出的直流電壓相比可以忽略不計(jì)，這意味著在一個(gè)周期內(nèi)電容電壓基本上保持不變。以上的假設(shè)有充分的工程依據(jù)，所得的結(jié)果有

40、足夠的精度。2.2 主要參數(shù)計(jì)算2.2.1 正激推挽電路參數(shù)計(jì)算本次設(shè)計(jì)的具體基本參數(shù)為：輸入電壓：48v（dc）；輸出電壓：5v(dc)；額定功率：50w；輸出額定電流：10a；開(kāi)關(guān)頻率：20khz；最大占空比：46%。（1） 變壓器變比確定考慮輸出整流二極管的導(dǎo)通壓降ud（每個(gè)二極管約為1.5v），以及輸出濾波電感的壓降ul（約為1v），同時(shí)由于初級(jí)電流很大，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通壓降uv不能忽略（約為1v），在最低輸入電壓uin=48v，輸出最高電壓uo=5v，則（2-11）1/n=0.0276n=50（2） 輸入濾波器的設(shè)計(jì)為了減小開(kāi)關(guān)電源工作時(shí)，對(duì)輸入端引起的脈動(dòng)，本方案采用在輸入端加入電容的方

41、法來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)輸入電流的脈動(dòng)量全部流過(guò)輸入濾波電容，假設(shè)電容元件為無(wú)損元件，則電流脈動(dòng)轉(zhuǎn)化為電壓脈動(dòng)。則可以得到： 上式可得，在d=0.25時(shí)，cin最大。取uin =1%uin，帶入已知參數(shù)，可以計(jì)算得實(shí)際上由于電容存在esr，電壓脈動(dòng)量主要是由esr引起的，因此實(shí)際電容要大于上面的計(jì)算值。由于鋁電解電容esr，自身電感較大且溫度特性較差可能引起發(fā)熱。為減小esr和寄生電感的影響，一般采用多個(gè)電容并聯(lián)的方案。由于布線中不可避免地存在引線電感，故需要在主功率管附近并聯(lián)esr更小，高頻性能好，無(wú)寄生電感電容，以提高開(kāi)關(guān)瞬間的脈動(dòng)電流。（3） 輸出濾波電感的設(shè)計(jì)（2-12）帶入已知參數(shù)可得l1=55

42、.4h（4） 輸出濾波電容的設(shè)計(jì)（2-13）紋波要求為1%，所以u(píng)o =0.05v，帶入已知參數(shù)可得c2=124.9f。（5） 箝位電容c1的參數(shù)計(jì)算在t3t4期間，m1和m2兩個(gè)開(kāi)關(guān)管都關(guān)斷，輸入電流即為環(huán)流電流il。環(huán)流電流il沿電源正- np2- c2- np1-電源負(fù)環(huán)流，向c1充電，充電電荷為 （2-14）當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，c1通過(guò)其相應(yīng)的一個(gè)繞組向負(fù)載釋放電荷。c1的放電電荷： （2-15）在環(huán)流期間，是c1主要的充電時(shí)間，因此，uc1和c1有以下關(guān)系： （2-16）uc1是uc1的變化值，一般取uc110%uin，故c1的取值范圍為： （2-17）則箝位電容c1滿足大于等于86f即

43、滿足設(shè)計(jì)條件2.2.2 buck主要參數(shù)的計(jì)算（1） 電感電流連續(xù)下的電壓開(kāi)關(guān)閉合時(shí)電感電流增加。由圖2-7，可以得到開(kāi)關(guān)閉合與斷開(kāi)的等效電路，如圖2-7（a）（b）所示。根據(jù)圖2-7（a）可以寫(xiě)出當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合式的原始微分方程式；（2-18）考慮初始條件il00，可以解除電感電流的表達(dá)式：（2-19）(a)（b）圖2-7 buck變換器兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的等效電路 當(dāng)t=ton時(shí)，電感電流有最大增量（2-20）當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電感電流將下降。根據(jù)圖2-7（b）可以寫(xiě)出當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的原始微分方程：（2-21）由此不難得出，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，電感電流的（負(fù)）增量ilm：（2-22）由電感電流的連續(xù)性可知，穩(wěn)態(tài)

44、工作時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)電感電流的靜波動(dòng)量應(yīng)為零（否則就不是穩(wěn)態(tài)）。所示式（2-20）和式（2-22）必有ilp+ilm=0.即有下式：（2-23）消去l，計(jì)算可得：按照通常的習(xí)慣用法表示電路關(guān)于輸入電壓到輸出電壓到輸出電壓的變換增益。因此，電流連續(xù)時(shí)buck變換器的電壓增益為：（2-24） 有式2-24計(jì)算可得，buck變換器電路占空比d=0.2（2） 濾波電感l(wèi)電感的平均值等于輸出的負(fù)載電流i0（il=i0）,其脈動(dòng)成分就是濾波電容的充放電電流ic。因此有如下關(guān)系： （2-25）式中：il1是電感電流最大值，il2是電感電流最小值。流過(guò)開(kāi)關(guān)s的電流是電感電流在開(kāi)關(guān)閉合期間所對(duì)應(yīng)的部分；流過(guò)二極管

45、的電流時(shí)電感電流在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間所對(duì)應(yīng)的部分。周期前面的分析中，已經(jīng)指出電感電流的脈動(dòng)分量就是濾波電容的充放電電流。因此，電感電流的波動(dòng)越小，則濾波電容的充放電電流也越小，輸出電壓的紋波也越小。（2-26）在0-1的范圍內(nèi)取值。所以可得出具有指定的電感電流脈動(dòng)程度下的輸出電感計(jì)算公式：（2-27）由此計(jì)算可得buck電路濾波電感l(wèi)0=1.8l。（3） 濾波電容c由于電感電流的波動(dòng)值就是濾波電容的充放電電流值，其波動(dòng)分量將造成電容電壓的波動(dòng)，最終形成輸出紋波。電容電壓的波動(dòng)量計(jì)算式：（2-28）式中il是電感電流脈動(dòng)量。將式2-23的關(guān)系帶入式2-28，可得：（2-29）將式2-27的關(guān)系帶入式2

46、-29并采用紋波的修正定義，得到線路參數(shù)與紋波系數(shù)之間的關(guān)系：（2-30）取=0.02，可得buck濾波電容c0=6.2510-3f。2.3 本章小結(jié)本章介紹了電路主要部分推挽電路和buck變換器電路，分析了工作原理，并計(jì)算參數(shù)。第3章 仿真研究3.1 正激推挽電路電路及仿真圖3-1為正激推挽電路matlab仿真電路圖，圖3-8為正激推挽電路部分開(kāi)環(huán)仿真結(jié)果圖。圖3-1 正激推挽電路仿真電路圖 按照設(shè)計(jì)要求及實(shí)際實(shí)現(xiàn)情況，正激推挽電路部分實(shí)現(xiàn)輸入電壓48v，負(fù)載電阻輸出電壓為直流電壓5v。正激推挽電路經(jīng)過(guò)變壓器降壓，在通過(guò)同步整流過(guò)程和濾波過(guò)程，在負(fù)載電阻上輸出5v的直流電壓。 在變壓器原邊，

47、兩個(gè)開(kāi)關(guān)管交替導(dǎo)通，并且存在很小的死區(qū)時(shí)間。27第3章 仿真研究（1） 電流i1波形（2） 負(fù)載輸出電壓波形圖3-2 正激推挽電路開(kāi)環(huán)仿真結(jié)果 根據(jù)電路開(kāi)環(huán)仿真結(jié)果，電壓由0v結(jié)果很短的時(shí)間變化到5v直流電壓，并且穩(wěn)定在4.99到5.02v，符合設(shè)計(jì)誤差要求3.2 buck電路仿真波形圖3-2 buck變換器電路閉環(huán)仿真電路圖圖3-3 buck電感電流波形圖3-4 buck輸出電壓波形 根絕仿真結(jié)果，最終輸出1v直流電壓，基本穩(wěn)定在0.9v到1.1v之間，符合設(shè)計(jì)要求。3.3 推挽buck電路仿真波形圖3-5 推挽buck電路仿真電路圖仿真結(jié)果圖圖3-6 變壓器副邊濾波電容電壓圖3-7 輸出電

48、壓仿真結(jié)果根據(jù)仿真結(jié)果分析，推挽電路部分輸出5v電壓，最后總輸出1v電壓能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。3.4 閉環(huán)仿真波形圖3-8 閉環(huán)仿真電路圖閉環(huán)仿真結(jié)果：圖3-9 輸出電流波形圖3-10 輸出電壓波形3.5 本章小結(jié)本章介紹的內(nèi)容是使用matlab仿真出的結(jié)果圖，根據(jù)查閱相關(guān)資料，仿真結(jié)果符合要求。結(jié)論本文對(duì)應(yīng)用推挽電路作為主電路，采用整流技術(shù)和buck變換器電路實(shí)現(xiàn)的低壓大電流電源設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究和分析。在討論了推挽電路的優(yōu)點(diǎn)和不足后，采用正激推挽電路的形式。由于實(shí)現(xiàn)48v到1v的電壓變化，占空比約為0.02，現(xiàn)實(shí)中很難實(shí)現(xiàn)，即使能實(shí)現(xiàn)，也會(huì)存在很大誤差。所以設(shè)計(jì)采用兩次電壓變化的方式。經(jīng)過(guò)推挽電路實(shí)

49、現(xiàn)48v到5v的電壓變化，在變壓器副邊，經(jīng)過(guò)整流濾波過(guò)程后，再進(jìn)行buck變換器電路進(jìn)行第二次電壓變化。在buck變換器電路部分，實(shí)現(xiàn)的是5v到1v的電壓變化。本次設(shè)計(jì)的輸入電壓是48v，輸出電壓是1v，額定功率為50w，是低壓大電流電路。本文研究的主要內(nèi)容有以下兩個(gè)方面。一是對(duì)正激推挽電路的設(shè)計(jì)和研究。本次設(shè)計(jì)采用的開(kāi)關(guān)頻率是20khz。本著提高變換器的功率密度，減小變壓器及副邊濾波電感的體積以及提高變換器的效率為原則設(shè)計(jì)。在原邊加一箝位電容，克服推挽電路本身的不足。經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性。二是對(duì)buck變換器電路的研究。本文分析了buck變換器電路的工作過(guò)程，根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算和實(shí)際調(diào)試，最

50、終實(shí)現(xiàn)dc-dc變化。最后，經(jīng)過(guò)仿真過(guò)程，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性，數(shù)據(jù)結(jié)果符合要求。35參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1. 王萍，孫栩，宋良瑜 一種新的低壓大電流dc - dc 變換器的研究 電力電子技術(shù) 2005年2月2. 魯莉容 一種高性能低壓大電流dc/dc變換器的研究 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2002年5月3. 龐永強(qiáng), 梁冠安 低壓大電流dc/ dc變換器拓?fù)浞治?南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào) 2005年8月4. 李彥鋒，劉晨陽(yáng) 低壓大電流開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)仿真 2005年2月5. 劉飛云，韋忠朝，吳建華 一種新型推挽正激dcdc變換器研究電力電子技術(shù) 2003年5月6. 秦海鴻，楊正龍 隔離式低壓大

51、電流輸出dcdc變換器中幾種副邊整流電路的比較 南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào) 2002年10月7. 秦海鴻 基于同步整流技術(shù)的低壓/大電流輸出直直變換器的研究 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 2002年2月8. 吳限，尹華，王斌 一種低壓大電流dc-dc電源的設(shè)計(jì) 通用低壓電器 2007年7月9. 張方華，王慧貞，嚴(yán)仰光 新穎正激推挽電路的研究及工程實(shí)現(xiàn) 南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào) 2002年10月 10. 周筱珍 應(yīng)用于推挽電路的同步整流的研究 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2004年5月11. 孟赟，王凱，潘俊民 利用推挽正激技術(shù)設(shè)計(jì)dc /dc開(kāi)關(guān)電源 通用低壓電器 2007年12. 王萍, 孫栩, 宋良瑜

52、 一種新的低壓大電流dc/dc 變換器的研究 計(jì)算機(jī)仿真 2004年2月13. 秦海鴻 基于同步整流技術(shù)的低壓/大電流輸出直直變換器的研究 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 2002年2月14 wilson.c.p.de.aragao filho，ivo barbi a comparison between two current-fed fush-full dc-dc converters-analysis design and experimentation london: academic press inc. ltd.1993，12(5)15. kowase, i.; sato, t.;

53、yamasawa, k a planar inductor using mn-zn ferrite/polyimide composite thick film for low-voltage and large-current dc-dc converter fe-cr-v-ti system journal of phaseequilibria,1992,13(4)16. ramirez-angulo, j.; carvajal, r.g.; torralba, a the flipped voltage follower: a useful cell for low-voltage lo

54、w-power circuit design isij international,1992,32(10)37致謝致謝在論文完成之際，我的心情萬(wàn)分激動(dòng)。從論文的選題、資料的收集到論文的撰寫(xiě)編排整個(gè)過(guò)程中，我得到了許多的熱情幫助。本論文實(shí)在導(dǎo)師*教授的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，沿街的治學(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還是我明白了許多待人接物與為人處世的道理。感謝四年中陪伴在我身邊的同學(xué)、朋友，感謝他們?yōu)槲姨岢龅挠幸娴慕ㄗh和意見(jiàn)，有了他們的支持、鼓勵(lì)和幫助，我才能充實(shí)的度過(guò)了四年的學(xué)習(xí)生活。附錄1燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 開(kāi)題報(bào)告39附錄1課題名稱(chēng)： 基于推挽電路的低壓大電流電源設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）： * 年級(jí)專(zhuān)業(yè)：* 學(xué)生姓名： * 指導(dǎo)教師： * 完成日期： 2012/3/19 一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義目前，國(guó)外對(duì)中小功率低電壓/大電流輸出dc/dc變換器的研究已取得了較大進(jìn)展，對(duì)很多關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了切實(shí)有效的研究及技術(shù)儲(chǔ)備。能夠?qū)崿F(xiàn)3.3v以下輸出電壓、50a以上輸出電流的模塊電源的大規(guī)模生產(chǎn)，且體積已做得相當(dāng)小，功率密度超過(guò)了50w/in，現(xiàn)正向120w/in發(fā)展。而國(guó)內(nèi)雖有部分單位也已投