上傳人：小***

認(rèn)證信息

認(rèn)證類型：個人認(rèn)證

認(rèn)證主體：趙**（實(shí)名認(rèn)證）

IP屬地：天津

IP屬地：天津 上傳時(shí)間：2022-07-23 格式：DOC 頁數(shù)：36 大小：1.59MB 積分：30 舉報(bào) 版權(quán)申訴

1、第三章常用的拓?fù)潆娐繁菊陆榻B公司常用的一些拓?fù)潆娐?。第一?jié)BUCK降壓電路BUCK電路是最簡單基本電路拓?fù)?，這節(jié)將介紹BUCK電路的基本原理和主要元器件參數(shù)的選取。TAVs些KDi(圖1BUCK降壓基本電路圖圖2BUCK基本電路的簡化模型圖4開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的電路圖1是BUCK降壓基本電路圖，它由開關(guān)管Tr、電感L、續(xù)流二極管D和輸出濾波電容C組成。BUCK基本電路的簡化模型如圖2所示，電路的工作過程是這樣的：（1）當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，此時(shí)電路模型如圖3,工作時(shí)序如圖5,輸入電流經(jīng)過電感L為輸出負(fù)載提供能最，并給電感L和電容C充電，電感儲存能最；（2）當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí)，此時(shí)電路模型如圖4,電感、電容儲

2、存的能駅被釋放出來，為輸出負(fù)載提供能最。如果開關(guān)管斷開后電感電流在卜一個開關(guān)周期到來時(shí)已經(jīng)卜降到零，稱此工作模式為斷續(xù)丁作模式，如果電感電流沒有卜降到零，則稱為連續(xù)工作模式。0iLfI!VOII0（R連續(xù)工作模式圖5BUCk變換器的工作時(shí)序伏秒平衡原理：磁性元件在一個開關(guān)周期之后，磁路中的磁感應(yīng)強(qiáng)度E回到起始處,即一個開關(guān)周期中磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化炭為零，表現(xiàn)為開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電感兩端的電壓與開通時(shí)間的乘積同開關(guān)管斷開時(shí)電感兩端的電壓與斷開時(shí)間的乘積相等，這就是伏秒平衡。連續(xù)工作模式卜，電路處r穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感兩端的電壓滿足伏秒平衡，則有:(ys-VDTs=Vfl-DyTs(1)式中匕變換器的輸入電壓；D

3、開關(guān)管的導(dǎo)通占空比:Ts開關(guān)周期；V變換器的輸出電壓。(8)(9)根據(jù)（1）得到:V=D（2）由于DV1,所以BUCK電路是一個降壓電路。根據(jù)圖5,可以求出一個開關(guān)周期內(nèi)，電感電流的脈動量為：V-VMl=一DTS（3）L當(dāng)輸出電流人斗，電路處于連續(xù)工作模式；當(dāng)輸出電流，電路處臨界工作狀態(tài)；當(dāng)輸出電流人丄仏，電路處J：斷續(xù)工作模式。根據(jù)（3）和連續(xù)模式工作條2件，可以得到連續(xù)工作模式卜電感應(yīng)滿足的條件：厶(1)疔2厶(4)(8)(9)(8)(9)式中p認(rèn)是輸出功率。卜而來求給定輸出電壓紋波允許值的情況卜電容應(yīng)滿足的條件。根據(jù)電容電壓與電容電流的關(guān)系:(5)duItW：(6)（6）中，是電容上的電

4、壓脈動，40是對輸出濾波電容的充電和放電電流。根據(jù)圖1和圖5,在兩次濾波電感電流與輸出負(fù)載電流相等的時(shí)刻Z間正式輸出電壓最低值和最高值間的轉(zhuǎn)換，由（6）需要求出電流對電容的充電或者放電的電Qo由（1）和（3）可得電感電流的脈動量為:(7)則電流對電容的充電或者放電的電最A(yù)g為:由（6）和（8）可得要使電容上的電壓脈動小電容需耍滿足的條件是:(3)RVo第二節(jié)BOOST升壓電路BOOST升壓電路是最常用的電路拓?fù)渲?，公司里主要用J：PFC電路以及人機(jī)中的電池工作模式中的DC-DC升壓。圖1是BOOST變換器的基本電路，它由電感L、開關(guān)管Q、二極管D和輸出濾波電容C組成，電路的工作過程如卜：（1

5、）如圖2為開關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)的電路，此時(shí)電源對電感充電，電感儲存能量，電容C放電為負(fù)載R提供能鼠；（2）開關(guān)管截止時(shí)的電路如圖3,此時(shí)電感兩端的電壓極性反向,與輸入電源電壓極性同向，電感釋放能最，既給電容充電又為輸出負(fù)載提供能最。如果開關(guān)管斷開后電感電流在H一個開關(guān)周期到來時(shí)已經(jīng)卜降到零，稱此工作模式為斷續(xù)工作模式，如果電感電流沒有卜降到零,則稱為連續(xù)工作模式。(3)圖4是電路工作時(shí)電感兩端的電壓波形和流過電感的電流波形圖。當(dāng)電路工作處連續(xù)工作模式的穩(wěn)態(tài)時(shí)，滿足vs平衡，由US平衡原理有：式中匕輸入電壓;V輸出電壓;Ts開關(guān)周期;D開關(guān)導(dǎo)通占空比。由（1）式可得到:V.1-D嶺D7（匕-匕）（1-

6、巧鳥(1)(2)由FD1，所以由（2）式可得BOOST是升壓電路。在一個開關(guān)周期中，電感電流的圖4電感電涼和電感兩端的電壓波形脈動為:(3)由圖4可以得到連續(xù)工作模式時(shí)的條件為:(4)其中/。是輸出負(fù)載電流，由卜式?jīng)Q定根據(jù)（2）.（3）、（4）、（5）可得到連續(xù)工作模式時(shí)電感應(yīng)滿足的條件:(6)式中巳輸出功率;(4)(4)開關(guān)頻率;巳的表達(dá)式為:P產(chǎn)(4)仿照Buck變換器中給定輸出電壓紋波允許值的情況卜電容應(yīng)滿足的條件推導(dǎo)過程可以求得輸出濾波電容滿足的條件：第三節(jié)Flyback電路單端反激（Flyback）電路是一種隔離型的拓?fù)潆娐罚儔浩鳛槠涓綦x元件，變壓器的輸入與輸出可以不共地，以實(shí)現(xiàn)多

7、路輸出。在公司中的電源模組中應(yīng)用廣泛。1、工作原理在理想條件卜分析電路的工作原理。如圖1是Flyback基本電路，圖2中（a）是連續(xù)丁作模式時(shí)序圖，（b）是斷續(xù)工作模式時(shí)序圖，電路的工作過程如卜：（1）當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通時(shí)，輸入電源妁給變壓器初級繞組電感厶充電，變壓器儲存能最,變壓器輸出電路中靠輸出濾波電容C。放電給負(fù)載心提供能崑，二極管D反偏而截止：（2）當(dāng)開關(guān)管T截止時(shí)，變壓器儲存的能斎通過次級繞組電感厶釋放出來，0,迫使二極管D導(dǎo)通，冬被箝位到如，電感釋放的能最一方面給濾波電容C充電，同時(shí)為負(fù)載凡提供能最。當(dāng)電路處穩(wěn)態(tài)時(shí)，如果開關(guān)管開通時(shí)刻初級電感電流不是從零開始增長，則稱此時(shí)電路的工作模式

8、為連續(xù)工作模式(CCM),圖2(a)是CCM工作模式的時(shí)序圖；如果開關(guān)管開通時(shí)刻初級電感電流是從零開始増長，即開關(guān)管開通前，次極電感已經(jīng)將變壓器儲存的能量釋放完，則稱此時(shí)電路的工作模式為不連續(xù)工作模式(DCM),圖2(b)是DCM工作模式的時(shí)序圖。在連續(xù)工作模式情況卜，當(dāng)電路處穩(wěn)態(tài)時(shí)，變壓器初級繞組電感兩端電壓滿足平衡，由平衡原理可得：N=十(/(ID)g(1)式中匕輸入直流電壓；輸出直流電壓：變壓器原邊繞組厶的線圈匝數(shù)；變壓器副邊繞組厶的線圈匝數(shù):D開關(guān)管導(dǎo)通占空比；Ts開關(guān)管的開關(guān)周期。由(1)可得到輸出與輸入電壓Z間的關(guān)系：仏亠丄匕n-d由(2)式可見，F(xiàn)lyback電路是升降壓型變換器

9、。與連續(xù)工作模式相比，不連續(xù)模式工作模式具有電流峰人的缺點(diǎn)，但它比連續(xù)工作模式應(yīng)用更廣泛，原因有兩個：第一，連續(xù)模式本身的變壓器勵磁電感小而響應(yīng)快，且輸出負(fù)載電流和輸入電壓突變時(shí)，輸出電壓瞬態(tài)尖峰??；第二，由連續(xù)模式本身的特性(其傳遞函數(shù)具有右半平而零點(diǎn))，必須人幅減小誤差放人器帶寬才能使反饋環(huán)穩(wěn)定。為此來推導(dǎo)DCM工作模式下輸出與輸入電壓之間的關(guān)系。由圖2(b)和圖1,根據(jù)平衡原理可得：NUdTsDp.UDjT,流過變壓器原邊繞組電感厶的電流峰值為:(4)匚是變壓器原邊線圈的電流峰值。在電路狀態(tài)更迭瞬間，由電感電流不能突變，則有如卜等式成立:(5)穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出負(fù)載電流的平均值的平均值相等:(

10、6)由(3)(6)可以導(dǎo)出DCM工作模式卜輸出與輸入電壓之間的關(guān)系:(7)ru0Xrd2txWd丿2厶由(7)可得：(8)為輸出負(fù)載。臨界狀態(tài)時(shí)，Dp=-D.結(jié)合(4)(6)得到臨界狀態(tài)初級電感應(yīng)滿足的條件:NUjTjR他2匕(9)臨界狀態(tài)（2）仍滿足，消去上式中的、他得到:式中人開關(guān)頻率;輸出負(fù)載電流;21。人(10)非連續(xù)模式下初級電感應(yīng)滿足的條件是:2(11)很容易推導(dǎo)出給定輸出電壓紋波允許值的情況卜電容應(yīng)滿足的條件為:巳(1-D)(12)上式中匕認(rèn)是輸出功率。2、設(shè)計(jì)步驟-確定初.次級匝數(shù)比設(shè)計(jì)變壓器時(shí)設(shè)計(jì)順序很重要,首先應(yīng)確定匝比NJN因?yàn)樵驯葲Q定了不考慮漏感尖峰時(shí)開關(guān)管可承受的最人

11、關(guān)斷電壓應(yīng)力U加。如果忽略漏感尖峰并設(shè)整流管壓降為IV,則直流輸入電壓最人時(shí)開關(guān)管的最丿、電壓應(yīng)力為N幾詡d+寸（匕+1）（式中眄為最人直流輸入気參數(shù)選擇應(yīng)使石盡鼠小，以保證即使有0.3匕的漏感尖峰疊加于兀，對開關(guān)管的極限值（“心、U心、Ucev）仍留有30%的裕度。二、保證磁心不飽和且電路始終工作于DCM模式為使磁心不偏離其磁滯回線（上、卜方向飽和），必須保證變壓器正負(fù)伏秒平衡。設(shè)開關(guān)管T和二極管D導(dǎo)通壓降都是IV,則有N歸-呵=（U小寸D億（13）Ud是輸入最低直流鼠，萬是開關(guān)管導(dǎo)通的最人占空比，為變壓器的復(fù)位時(shí)間，也是(19)(14)(15)(16)(17)(18)所需銅導(dǎo)因此次級次級電

12、流降為零所需的時(shí)間。為使變壓器工作在DCM模式，必須留出0.27；的裕量，即DTs+=0.87；匕和“確定后，NJN,可由（求出，再聯(lián)立（13）、（14）可得:帀=（/+1）（M/NJO87；廠（當(dāng)一1）+（匕+1）的/“）三、初級電感與最小輸出及直流輸入電壓的關(guān)系設(shè)變換器的效率為80%,則輸入電壓與輸入功率的關(guān)系為1.25尤_%（厶：）飛tT將（4）代入（16）可得到初級電感的計(jì)算式四、開關(guān)管的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力開關(guān)管電壓應(yīng)力已經(jīng)確定，電流峰值由（4）計(jì)算。五、初級電流有效值和導(dǎo)線尺寸初級電流為三角波，峰值為/川，有效值為%=護(hù)變壓器線圈一般采用銅線或者銅箔繞制，銅的電流密度一般取p=6.5

13、A/mm體截而積為：lnns/p六、次級電流有效值和導(dǎo)線尺寸次級電流為三角波，峰值為WNJN、,周期為由（14）決定,電流有效值為所需銅導(dǎo)體截面積為：第四節(jié)半橋逆變電路半橋逆變（halfbridgeinverter）電路具有結(jié)構(gòu)簡單，控制易實(shí)現(xiàn)，而且很重要的一點(diǎn)是成本較低，因此公司所有逆變電路都是采用的半橋逆變電路。本節(jié)將介紹半橋電路的工作原理和LC濾波網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。1、工作原理如圖1,半橋逆變電路由上橋臂（包括開關(guān)管Q1和反并二極管D1）、I、橋臂（包括開關(guān)管Q2和反并二極管D2）、濾波電感L1和濾波電容C3組成。半橋逆變電路的工作過程為:（1）在逆變正半周，開關(guān)管Q1導(dǎo)通，電流的流向如圖2,+

14、BUS釋放能最為負(fù)載提供能屋,同時(shí)給濾波電感和濾波電容充電儲存能耄，此時(shí)Vi處電壓為匕血；（2）如圖3,開關(guān)管02逆變正半周Q1導(dǎo)通時(shí)的電流路徑Q1截止時(shí)，由J：電感電流不能突變，電感電流方向沒變，電感兩端的電壓極性反向，二極管D2導(dǎo)通，Vi處的電壓被箝位在-%，電感和電容放電為輸出負(fù)載提供能崑；（3）如圖4,在逆變的負(fù)半周，電感電流方向與正半周相反，開關(guān)管Q2導(dǎo)通，為輸出負(fù)載提供能量,并為濾波電感L1和濾波電容C3允電，Vi處的電壓為-VBUS；（4）如圖5,Q2關(guān)斷時(shí)，電感兩端的電壓極性反向，二極管D1導(dǎo)通，W處的電壓被箝位在匕涼。d+d=1(1)L1VoGND如圖6,在一個逆變周期中，設(shè)

15、厶為QI的導(dǎo)通占空比，d.為Q2的導(dǎo)通占空比，則有:逆變正半周時(shí)d+50%,d_50%:逆變過零點(diǎn)，d+=d_50%：逆變負(fù)半周時(shí)d+50%o在逆變周期的任何時(shí)刻，都有d+d_l,這是因?yàn)橛兴绤^(qū)存在,即存在Q1、Q2的控制信號同時(shí)為低電平的情況，目的是為了防止Q1、Q2同時(shí)導(dǎo)通導(dǎo)致土BUS短路。但死區(qū)時(shí)間占整個開關(guān)周期的比例很小，在做分析時(shí)近似認(rèn)為：50Hzpgiltuitjjjpwm-unjnjnnn20KHzDutyofPWM+50%(2)vVvBUS)(3)DutyofPWM+50%DutyofPWMY50%圖6個逆變周期中各處占空比所占比例由j：開關(guān)頻率遠(yuǎn)人r逆變輸出頻率，每個開關(guān)周期

16、中濾波電感電流平均值變化鼠很小,所以可以近似認(rèn)為濾波電感在一個周期中滿足us平衡。在忽略死區(qū)時(shí)間時(shí)，上橋臂導(dǎo)通（Q1導(dǎo)通或者D1導(dǎo)通）占空比可以用Q1的導(dǎo)通占空比d.替代，卜橋臂導(dǎo)通（Q2導(dǎo)通或者D2導(dǎo)通）占空比可以用Q2的導(dǎo)通占空比乙替代，根據(jù)VS平衡有:（%S7。）d+耳=（匕一（一S）d工式中匕必為BUS直流電壓，匕為輸出逆變電壓，將（1）代入（2）,可以導(dǎo)出:50Hz50Hz如果取(4)v?=V?smr而且v和Vbus，只耍d+、d-按照（I）、（3）、（4）所決定的值給出，輸出就可以得到（4）決定的正弦電壓。（3）是從開環(huán)推導(dǎo)而出，由J：實(shí)際系統(tǒng)中有負(fù)載的影響，必須用閉環(huán)控制才能實(shí)現(xiàn)

17、所需要的逆變輸出。2、輸出濾波器設(shè)計(jì)在圖1中，設(shè)濾波電感L1的感值為厶，濾波電容C3的容值為C,輸出負(fù)載Z阻值為R，則LC濾波網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：17+RC(5)LC_研1$+2歹0+0：丁nnLC式中產(chǎn)總為無阻尼自然振蕩角頻率為阻尼50Hz50Hz比。這是個典型的二階系統(tǒng)，頻率特性為17vG7=理勁嚴(yán)呵H-+jX-網(wǎng)(6)式中?根據(jù)(6),可以求得対數(shù)幅頻特性為:(7)厶(0)=2OlgA(0)=2Olg1(旦尸+(2)2在0=1/r的低頻段，A(0)al,厶(0)0；在0?1的高頻段，A(G7)l/r2cr2,厶(0)a401gm所以，低頻段漸近線一條零分貝的水平線，而高頻段漸近線是一條斜率

18、為-40dE的直線。這兩條線相交處的交接頻率為=叭，即Bode圖幅頻特性的轉(zhuǎn)折頻率。為使LC濾波網(wǎng)絡(luò)對開關(guān)頻率有明顯的抑制作用，選擇吧=2疋/；是開關(guān)頻率,取(8)則在開關(guān)頻率處的信號，LC濾波網(wǎng)絡(luò)有40dB的衰減。通常對流過電感的最人電流脈動有耍求，為此來求最大電流脈動。Q1導(dǎo)通占空比按照(3)給出，則電感上電流的脈動為：v-V1vv2-V2Al=也2.1(1+丄).T=沁S(9)L2Vb2厶$由(9)可見，匕=0時(shí)，最人電流脈動為:2L2；(10)上式中，龍是開關(guān)頻率。根據(jù)要求的A/g,(10)、(8)就可以確定電感感值厶和電容容值Co第五節(jié)PUSH-PULL變換器PUSH-PULL變換器

19、同F(xiàn)lyback變換器一樣，也是利用變壓器把能鼠傳遞到負(fù)輒由J：輸出回路和輸入回路可以不共地，所以可以利用變壓器多個次級繞組實(shí)現(xiàn)多路輸出。這里將介紹它的工作原理和設(shè)計(jì)。Q5C5L3-BUS圈1PUSH-PULL變換器基本電路1、工作原理如圖1是PUSH-PULL變換器基本電路，它由開關(guān)管Q4、Q5,變壓器Tx,輸出整流二極管D1D4,輸出濾波電感L2、L3,以及輸出電容C4、C5組成。其中Tx是核心元件。Q4VGSQSVcsQ4DSQSVdsIQ4IQ5VD4VD3VL21120-tot2T圖2PUSH-PULL電路基本工作時(shí)序圖2是圖1所示PUSH-PULL變換器基本電路的工作時(shí)序，穩(wěn)態(tài)時(shí)在

20、一個開關(guān)周期中的工作過程為：在070時(shí)間段，開關(guān)管Q4導(dǎo)通，Q5截止，如圖2,流過Q4的電流逐漸上升，Q波形圖中，綠線是流過開關(guān)管的電流,它由紅色線勵磁電流和褐色線次極電流折算到初級的電流合成，此時(shí)電流的流向如圖3,變壓器將能最傳遞給BUS的同時(shí)，対L2、L3儲存能嵬,電感L2、L3中流過的電流逐漸增人,L、人2的波形一致；在時(shí)間段，Q4、Q5都截止，理想狀態(tài)卜,電感L2、L3釋放存儲的能最，對土EUS充電濾波電感電流卜降，在非理想狀態(tài)卜，DI、D4不會馬上導(dǎo)通，而是先釋放二次側(cè)漏感儲存的能最，理想狀態(tài)卜的電流路徑如圖4所示；在tlt2時(shí)間段，開關(guān)管Q5導(dǎo)通，Q4截止，如圖2,流過Q5的電流逐

21、漸上升，/。5波形圖中，黑線是流過開關(guān)管的電流，它由紅色線勵磁電流和褐色線次極電流折算到初級的電流合成，此時(shí)電流的流向如圖5,變壓器將能量傳遞給土EUS的同時(shí)，対L2、L3儲存能量，電感L2、L3中流過的電流逐漸增人，/口的波形一致；在tlT時(shí)間段，Q4.Q5都截止，理想狀態(tài)卜，電感L2、L3釋放存儲的能鼠，對土EUS充電濾波電感電流卜降，在非理想狀態(tài)下，D3、D2不會馬上導(dǎo)通，而是先釋放二次側(cè)漏感儲存的能最，接著再D3、D2導(dǎo)通，理想狀態(tài)卜的電流路徑如圖4。圖3Q4導(dǎo)通Q5截止時(shí)電渝路徑LJ2-BUSLJL湃能.對+BUS&-BUS充電DlJD2,D3JD4同吋導(dǎo)1理想狀態(tài)）圖4Q4.Q5都

22、截止時(shí)電涼路徑在穩(wěn)態(tài)工作情況卜，設(shè)輸入電池電壓為匕輸出濾波電容上的電壓為%，開關(guān)管Q的導(dǎo)通占空比為D，輸入繞組的匝數(shù)為2“、輸出繞組的匝數(shù)為血，忽略開關(guān)管的導(dǎo)通壓降和二極管的導(dǎo)通壓降，則有:N（1）由（1）得到：VN沁=丄2D（2）人Np（2）為輸入輸出電壓與變壓器原邊繞組和副邊繞組匝數(shù)同開關(guān)管導(dǎo)通占空比的關(guān)系。L2Q4,BAT|Wh將次側(cè)Txl將能量至+BUL2儲能-Txl將能量傳至石US拼對L3儲能圖5開關(guān)管Q5導(dǎo)通、Q4截止時(shí)電疣路徑2.PUSH-PULL中的磁通不平衡PUSH-PULL電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，變壓器磁心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B必須工作在以B-H圖形的原點(diǎn)為中心的滯回曲線上，否則將導(dǎo)致磁

23、通的不平衡，磁滯回線偏離原點(diǎn)，最終到達(dá)飽和區(qū)。飽和區(qū)的磁心不能承受電壓，當(dāng)相應(yīng)的開關(guān)管再次導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)管將承受很丿、的電壓和電流，導(dǎo)致開關(guān)管損壞。PUSH-PULL電路中導(dǎo)致磁通不平衡的原因是：Q4、Q5驅(qū)動電路的差異，使得Q4、Q5導(dǎo)通時(shí)間不一致；或者Q4、Q5的導(dǎo)通壓降不一致，導(dǎo)致正負(fù)半周期變壓器原邊兩個繞組上承受的真實(shí)壓降不一致導(dǎo)致導(dǎo)通時(shí)的置位伏秒數(shù)與關(guān)斷時(shí)的復(fù)位伏秒數(shù)不相等。圖6是變壓器初級繞組中心抽頭電流波形圖，（a）是變壓器初級半繞組伏秒數(shù)相等情況卜的電流波形，此時(shí)變壓器磁心工作在以Q4onQ5onQ4onQ5on（b）變圧器初級半繞組的伏秒數(shù)不相等圖6變圧器初級繞組中心抽頭電涼波

24、形B-H平面原點(diǎn)為對稱中心的磁滯回線上；（b）是變壓器初級半繞組伏秒數(shù)不相等情況卜的電流波形，此時(shí)變壓器磁心工作的磁滯回線対稱中心已偏離原點(diǎn)；（c）也是變壓器初級半繞組伏秒數(shù)不相等情況卜的電流波形，此時(shí)變壓器磁心工作的磁滯回線対稱中心已嚴(yán)重偏離原點(diǎn)，已經(jīng)接近磁滯回線的飽和區(qū)。如果初級繞組中一邊的伏秒數(shù)總是比另一邊的伏秒數(shù)人，如果沒有校正措施，經(jīng)過若干開關(guān)周期后，磁心將偏離線性工作區(qū)而工作在飽和區(qū)，導(dǎo)致開關(guān)管承受人電壓和丿、電流燒毀。這正是PUSH-PULL拓?fù)潆娐返娜毕菟凇榭朔USH-PULL電路磁通不平衡，可以采取以下措池：一、磁心加氣隙在變壓器的磁心中加入氣隙后，保持了原有磁滯回線的

25、矯頑力，但磁滯回線的斜率變小,使磁心可以承受更大的伏秒不平衡。二、增加初級繞組電阻增加初級繞組電阻，當(dāng)初級繞組一邊的伏秒數(shù)比另一邊人時(shí)，此邊電流增人，電阻上壓降增人，而輸入直流電壓不變，使得變壓器繞組上的電壓減小，從而伏秒數(shù)減小。加入電阻后實(shí)際上起到負(fù)反饋的作用。三、匹配功率開關(guān)管伏秒數(shù)不平衡主要是由兩個開關(guān)管存儲時(shí)間和導(dǎo)通壓降不等引起，如果開關(guān)管參數(shù)都匹配，上述兩個參數(shù)就相等，不會出現(xiàn)磁通不平衡的問題。但這樣做成本太高。四、使用MOSFET功率開關(guān)管MOSFET功率開關(guān)管沒有存儲時(shí)間，而且導(dǎo)通壓降會隨溫度升高而增加，如果一個初級半繞組承受較人的電流，則其開關(guān)管管溫就會高一些，導(dǎo)通壓降増加，使

26、繞組上的電壓下降，降低這一邊的伏秒數(shù)，恢復(fù)平衡。五、采用電流模式拓?fù)浣鉀Q磁通不平衡的最佳方法是使用改進(jìn)的雙管推挽拓?fù)湟浑娏髂Ｊ酵負(fù)洹＿@種拓?fù)溥€具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。3、PUSH-PULL電路設(shè)計(jì)3.1變壓器設(shè)計(jì)一、變壓器磁心選擇根據(jù)所需的輸出功率選擇的開關(guān)頻率/,磁心材質(zhì)的最人工作磁通密度勾”，決定所需磁心的磁心截面積4,和銅窗而積Ay的乘積滿足PA(AV“(3)其中變壓器效率=0.95:0.98,銅窗占有系數(shù)K“一般取0.4,繞組的電流密度為J=6.5A/mm2考慮到趨膚效應(yīng)，高頻情況卜必須采用勵茲線。二、功率開關(guān)管最大導(dǎo)通時(shí)間的選擇由（1）知，當(dāng)輸入電壓匕減小時(shí)，為保持輸出電壓匕“S恒定，必

27、須增大開關(guān)管的導(dǎo)通占空比當(dāng)匕減小到最小匕時(shí)，D取最人D,但為保證磁復(fù)位，以及避免Q4、Q5同時(shí)導(dǎo)通，取P=0.4o三、最大磁通變化選擇以TDK的PC40材質(zhì)為例，飽和點(diǎn)3900Gauss100C,線性區(qū)域小J;3000Gauss,iflj在PUSH-PULL中，為了減小偏磁的影響，我們選擇Binax=2000GausSo四、初級匝數(shù)的選擇根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有：Np-AcdB=（yhi-l）T-萬（4）上式中考慮了開關(guān)管的IV導(dǎo)通壓降，由三取dB=2=AOOOGauss,心是磁心截而積,初級線圈匝數(shù)為：根據(jù)標(biāo)稱的輸入電壓，計(jì)算標(biāo)稱的Q,為保持輸入最小電壓和標(biāo)稱電壓下輸出一致，標(biāo)稱開關(guān)管導(dǎo)通占

28、空比為：V-1_D-D(6)匕一1考慮到開關(guān)管IV導(dǎo)通壓降以及二極管0.5V的導(dǎo)通壓降，根據(jù)（1）式得到副邊線圈繞組的匝數(shù)：（%_05）血N=-_匸（7（匕一1）20五、初/次級繞組的峰值電流和有效值電流為簡化計(jì)算，用與輸入電流脈沖等脈寬ifu幅值為用輸入電流梯形波中點(diǎn)處電流值I協(xié),則變壓器的輸入功率為：嗚也。“.2由此式得到Ipf!=（8）巴08所以輸入初級線圈中一個繞組的有效值為：根據(jù)輸出電壓和輸出功率可以計(jì)算出圖1中流過濾波電感的有效值電流。流過濾波電感的電流平均值為：根據(jù)上式有可以計(jì)算出變壓器次級輸出線圈的電流有效值為(10)=人0=厶如六、驗(yàn)算銅窗占有率根據(jù)計(jì)算出的變壓器初.次級匝數(shù)

29、和初、次級線圈的電流有效值計(jì)算驗(yàn)算銅窗占有率是否滿足Ku0.4,不滿足就選擇尺寸人一些的磁心重新驗(yàn)算，如果心過小，則可以選尺寸小一些的磁心重新驗(yàn)算，直到合適為止。3.2開關(guān)管的電壓應(yīng)力從圖1的同名端可以看出，由J：兩個初級繞組的匝數(shù)相等，所以任何一個開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),另一個開關(guān)管的集電極將承受至少兩倍的直流電源電壓。實(shí)際中，由J：漏感的存在，開關(guān)管的集電極會承受超過兩倍的直流電源電壓，設(shè)計(jì)慣例是假設(shè)漏感尖峰為兩倍最丿、直流輸入電壓叮的30%。選擇開關(guān)管時(shí)，應(yīng)使其在考慮一定程度的安全裕疑前提卜,還能承受如卜最大電壓應(yīng)力（人）(11)人=13(2石)3.3開關(guān)管的損耗圖？開關(guān)管的重疊開關(guān)損耗開關(guān)管的損

30、耗分為兩部分，即開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。開關(guān)損耗又分開通損耗和關(guān)斷損耗。如圖7,在PUSH-PULL中，由J：漏感的存在，開關(guān)管開通過程中，開關(guān)管兩端承受的電壓迅速減小，而流過的電流卻緩慢增加，電壓和電流波形的重疊極小，因此開通損耗很小,可以忽略。關(guān)斷過程由兩部分組成，首先是電流/皿保持不變，電壓逐漸上升，電壓上升到二倍直流電壓2匕”后保持不變，電流開始卜降，直到電流為零。設(shè)電壓上升時(shí)間7；和電流卜降時(shí)間7；/相等為耳，則每個開關(guān)管在一個周期內(nèi)總開關(guān)損耗仇心為:2匕T.,2T(12)開關(guān)管的直流導(dǎo)通損耗為:(13)每個開關(guān)管的總損耗為：(14)%=仏）+P加=2/必?+0.4口Vw3.4LC濾波器

31、設(shè)計(jì)LC濾波器設(shè)計(jì)請參照逆變半橋拓?fù)湟还?jié)。這里只給出結(jié)果。設(shè)輸出最小功率為（一VZcio般取額定功率的十分之一），為使輸出最小功率時(shí)輸出電感仍然工作在連續(xù)模式，輸出電感滿足電容的取值滿足即有102叮衛(wèi)G，即：(5)dlead)在這段時(shí)間里，原邊電流等J：折算到原邊的濾波電感電流，即:(6)(5)(5)人時(shí)刻,原邊電流卜降到人。（4）t2-t.時(shí)間段，對應(yīng)J：圖6。在：時(shí)刻，關(guān)斷Q4,原邊電流匚由口和C兩條路徑提供，也就是說，原邊電流匚使得G放電，而使C4充電。C；的存在使Q4是零電壓關(guān)斷。此時(shí)九=-，卩初的極性從零變?yōu)樨?fù)，變壓器副邊電勢卜正上負(fù)，整流管D6導(dǎo)通,副邊繞組S2中開始流過電流。整流

32、管D5、D6同時(shí)導(dǎo)通，將變壓器副邊繞組短接，這樣變壓器副邊繞組電壓為零，原邊繞組電壓也為零，卩皿直接加在漏感厶R上。因此在這段時(shí)間(7)(8)里實(shí)際上漏感和q在諧振工作，原邊電流匚和電容（?4的電壓分別為:U=厶COS57(/-r2)v4(/)=Z/2sinar(/-/2)(9)圖61:2壯3時(shí)間段的電流瀟向(18)圖71:3壯4B寸間段電濟(jì)涼向圖：3也住5時(shí)間段電爺流向圖9十5住6時(shí)間段的電渝濟(jì)向其中，=元打，0=1人網(wǎng)兀。在心時(shí)刻，當(dāng)G的電壓上升到匕，D2自然導(dǎo)通，結(jié)束這一換流過程。這一過程的持續(xù)時(shí)間為:(10)(18)(18)（5）在心仃時(shí)間段，刈應(yīng)圖7。在厶時(shí)刻，D2自然導(dǎo)通，將Q2的

33、電壓箝在零位，此時(shí)就可以開通Q2,Q2是零電壓開通。Q2&Q4驅(qū)動信號之間的死區(qū)時(shí)間/如/即:雖然這時(shí)候Q2被開通，但Q2中沒有電流流過，原邊電流由D2流通。原邊漏感的儲能回饋給輸入電源。由副邊兩個整流管同時(shí)導(dǎo)通，因此變壓器副邊繞組電壓為零，原邊繞組電壓也為零，這樣電源電壓匕”加在諧振電感兩端，原邊電流線性卜降。原邊電流為：in=LUJ-十Q-fJ(11)到仃時(shí)刻，原邊電流從4匕)卜降到零，二極管D,和自然關(guān)斷，Q2和Q3中將流(12)過電流。此過程持續(xù)時(shí)間為：44=厶仏(心)/匕”在仃心時(shí)間段，對應(yīng)圖8。在匚時(shí)刻，原邊電流由正值過零，并且向負(fù)方向增加,此時(shí)Q2和Q3為原邊電流提供通路。由原邊

34、電流仍然不足以提供負(fù)載電流，負(fù)載電流仍由兩個整流管提供回路，因此原邊繞組電壓仍然為零，加在諧振電感兩端電壓是電源電壓匕”，原邊電壓反向增加。原邊電流為：到(5時(shí)刻，原邊電流達(dá)到折算到原邊的負(fù)載電流-lLf(t5)/n值，該過程結(jié)束。此時(shí)，整流管D5關(guān)斷，D6流過全部負(fù)載電流。此過程持續(xù)時(shí)間為：L._(14)在t5-t6時(shí)間段，對應(yīng)圖9。在這段時(shí)間里，電源給負(fù)載提供電，原邊電流為：(16)i一匕一匕厶+專nLf因?yàn)檑?irLf,上式可簡化為卜式：(17)在6時(shí)刻，Q3關(guān)斷，變壓器開始另一半個周期的工作，其工作情況類似(7)。2、整流二極管的換流圖10是全波整流方式的電路圖及其主耍波形，各個電流的

35、參考方向如圖所示，有:DR1lD6=lLf(29)(19)対照圖2和圖10,在L時(shí)刻，負(fù)載電流流經(jīng)D5。在t2-t5時(shí)段里，變壓器原邊電流減小，其負(fù)邊繞組S1的電流也減小，小J：輸出濾波電感電流，即的吁，不足以提供負(fù)載電流。此時(shí)D6導(dǎo)通，由負(fù)邊繞組S2為負(fù)載提供不足部分的電流，即有：TOC o 1-5 h z以+人=0（20）變壓器原副邊的電流關(guān)系為：心+.=心）由（18）（21）可以解除各個電流的表達(dá)式：hi=尹/+”心）（22:（23）匚5=*（0+譏）（24）=*（。-譏）lD6=lLf(29)(19)圖10整涼二極管的換流情況根據(jù)式（24、（25）可以知道整流管的換流情況：t2-t4時(shí)

36、段，匚0,流過D5的電流人丁流過D6的電流，即:(26)在仃時(shí)刻，0=0,兩個整流管中流過的電流相等，均為負(fù)載電流的一半，即:(27)t2-t4時(shí)段，Zu.0,D5中流過的電流人J：流過D6的電流，即有:(28)lD506在匚時(shí)刻亠=_冷2D6中流過全部負(fù)載電流，D5中流過的電流為零，即:(30)此時(shí)，D5關(guān)斷，D6承擔(dān)全部負(fù)載電流，從而完成整流管的換流過程。3、軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)超前橋臂容易實(shí)現(xiàn)ZVS,因?yàn)樵诔皹虮坶_關(guān)過程中，輸出濾波電感S與漏感厶相當(dāng)串聯(lián)，電感d與漏感厶中儲存的能屋足以抽取或則充滿結(jié)電容或寄生電容。滯后橋臂要實(shí)現(xiàn)ZVS比較困難，因?yàn)樵跍髽虮坶_關(guān)過程中，變壓器副邊是短路的，此時(shí)

37、整個變換器就被分為兩部分，一部分是原邊電流逐漸改變方向，其流通路徑由變換橋臂提供：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)與變壓器原邊沒有關(guān)系。此時(shí)用來實(shí)現(xiàn)ZVS的能量只能是漏感中的能量，要實(shí)現(xiàn)ZVS,必須滿足押:側(cè);+詛必）式中C7R是變壓器原邊線圈中的寄生電容。由上式可得到兩種實(shí)現(xiàn)滯后橋臂要實(shí)現(xiàn)ZVS的途徑：增人人（也即增人勵磁電流）；在原邊串聯(lián)諧振電感厶，使得厶與厶共同儲存的能駅提供實(shí)現(xiàn)ZVS所必須的能鼠4、主耍元件的設(shè)計(jì)4.1高頻變壓器的設(shè)計(jì)（1）原副邊變比”的確定為了提高高頻變壓器的利用率，減小開關(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應(yīng)盡可能的人一些。為了在任意輸入電壓時(shí)能夠輸出所要求的電壓，變壓器的變比應(yīng)按最低輸入電壓匕g迪時(shí)輸出最高電壓匕來選擇。選擇副邊整流二極管的最人占空比為兀（3）,則有:（%曬一2嶺）