正激变换器及其控制电路的设计及仿真概要
正激变换器
41
如果电感电流小于临界电流，或电感值过小， 工作在DCM状态。 断续时，占空比不仅与输入电压有关，还和输 出负载电流有关 对于反馈闭环控制而言，DCM和CCM均能达 到稳定输出要求 CCM控制中有两个极值（二阶系统），DCM 控制中有一个极值
40
断续工作模态分析
ICE IL0 ID1 ID2 ID3 IC0
25
电路分析方法
分段线性分析方法，将电路分为两种工作状态
26
Q导通时
Q截止时
变压器副边电压：
根据等效电路图有：
VN 2 = VL 0 + V0 =L
diL 0 dt
diL 0 0 dt
VL 0 + V0 = 0
+ V0
=
VN 2 −V0 L0
L0
即： diL 0 dt
diL 0 dt
+ V0 = 0
49
8
电压应力分析（Q）
电流应力分析（Q）
晶体管关断磁复位时，Q上承受最大电压为
晶体管的电流最大值为
I QI (max) = ( =( ∆I N2 )( I o + ) + 磁化电流I m N1 2 DT V N2 ∆I )( I o + ) + s I N1 2 L1
UQ = Ui + U = Ui + Ui
21
工程设计上，有时外加如图电容起到箝位作 用。 电容参数设计需注意，如果过大，会将输入纹 波引到输出侧 变压器的设计需要考虑绝缘要求，尤其在高压 输入场合 所以将N1和N3分绕 在不同平面，既减小 电压应力，也起到电 压箝位作用
正激式变换器(正激开关电源)的设计实例
正激式变换器(正激开关电源)的设计实例作为功率变压器的一个设计实例，下面我们将设计正激式变换器中的变压器。
显然，这种变压器也不是用于我们的buck变换器中。
现在，我们考虑设计要求：输入电压为直流48V(简便起见，不需要考虑进线电压的波动范围)，输出电压为5V，功率100W，开关频率为250kHz，基本电路图如图所示。
容易得到，输出电流为100W／5V=20A。
这个电流值是比较大的，为了减少绕组电阻，副边的线圈匝数应该尽量取小。
这意味着取变比(原边匝数除以副边匝数)的时候，副边最少匝数取为1。
我们来看看变比为整数时会出现什么问题。
1 匝数比=1：1匝数比=1：1，即原边与副边的匝数相等。
当开关导通时，48V输入电压全部加在变压器的原边。
同样，副边也得到48V的电压(忽略漏感)，并加于续流二极管两端。
实际上，具有低通态电压的肖特基功率二极管其最大阻断电压为45V左右。
48V的电路中，至少要采用电压为60V的器件，如果电压有过冲或者输入电压有波动，那么要求采用更高电压的器件。
二极管的反向阻断电压越高，其通态电压也越高，变换器的效率将会降低。
在低输出电压的变换器中，整流二极管的通态电压是一个常见的问题。
原因很明显：电感中的电流要么流过整流二极管，要么流过续流二极管，无论哪种情况，在二极管中总会产生一个大小为VfI的损耗。
二极管的损耗使变换器效率进一步下降。
这部分功率不在总功率V outI之中。
解决这个问题的唯一方法是采用同步整流器，但是其驱动非常复杂(同样的道理，当输出Vout降到3.3V，甚至更低时，必须使用同步整流器)。
不管怎么样，对于一个高效率的变换器而言，如果不采用同步整流器，1：1的变压器匝数变比不是一个很好的选择(对我们的例子而言)。
2 匝数比=2：1这时原边匝数是副边的2倍，所以加在原边的电压为48V，副边和二极管上的电压为24V，可以使用肖特基功率二极管。
正激式变换器占空比近似为DC=V out／Vsec=5V／24V=21％(忽略肖特基功率二极管的通态电压Vf)。
双管正激软开关变换器的仿真研究
摘要开关电源是一种弱电和强电相结合的复杂电力电子装置，对于软开关电源，在一个工作周期内有多种工作模式，器件工作状态的影响因素很多，因而对设计手段提出了更高的要求。
而采用计算机仿真的方法研究开关电源的直流变换部分，可以对不同的设计方案进行快速的性能预测和比较，发现问题并及时改进。
本论文讨论了一种新型双管正激软开关DC/DC变换器的电路拓扑。
主功率器件采用IGBT元件，由功率二极管、电感、电容组成的谐振网络改善IGBT的开关条件，克服了传统开关在开通和闭合过程中产生功率损耗的缺点，减小了输出电压纹波，提高了电路效率。
论文中详细分析了电路工作原理，在不使用辅助开关管的情况下，实现了主功率开关管的软开通或关断。
依据设计原理建立了电路的仿真模型，利用Matlab/Simulink软件搭建了仿真模型，优化了主电路参数，记录了电路关键参数波形图，通过电路仿真验证了电路的可行性，该电路具有输出纹波小和输出功率高的特点。
该电路结构简单、成本低、工作频率高、效率高，有较高实用价值。
关键词：DC/DC变换器；双管正激；软开关；仿真AbstractThere is complicated relation between Power and electronics in device of the switching Power supply．For the soft-switching power supply，there are several modes in one work cycle and the working state of the switching device is influenced by so many terms and conditions．so it requires more advanced research means．If we research the switching power supply by computer simulation，different method and performance of the system can be compared rapidly，and the problems can be found soon and improved in time．The present paper discussed one new kind of double barrel to stir up soft switch DC/DC converter electric circuit analysis．The main power component uses the IGBT part，by the power diode, the inductance，the electric capacity is composed the resonant network to improve the switch condition of the IGBT，it will overcome the traditional switch to clear and in the closed process the power production will lose，it reduced the ripple voltage and improved the power efficiency．Entire chapter paper multianalysis electric circuit principle of work，in does not using in the auxiliary switching valve's situation，It has realized the main power switching valve's zero potential zero electric current clear and the shutdown．As it has established electric circuit's simulation model based on the principle of design，has built the simulation model using the Matlab/Simulink software，optimized the main circuit parameter，has recorded the electric circuit key parameter oscillogram，has confirmed this electric circuit principle of work analysis accuracy through the circuit simulation．This circuit structure is simple，the cost is low，the operating frequency is high，and the efficiency is high, so the converter has the high use value．Keywords：DC/DC converter；Double Barrel Forward；Soft-switching；Simulation目录第1章概述 (1)1.1 引言 (1)1.2 开关电源技术的发展状况 (1)1.3 课题的研究背景 (3)1.4 课题研究主要内容 (3)第2章DC/DC变换技术分析 (4)2.1 DC/DC变换器的分类 (4)2.2 正激变换器的原理 (5)2.3 本章小结 (10)第3章软开关技术分析及开关管的选择 (11)3.1 软开关电路的分类 (11)3.2 软开关与硬开关电路特性比较 (12)3.3 开关管的选择 (14)3.4 本章小结 (17)第4章软开关双管正激变换器的分析 (18)4.1 软开关双管正激变换器原理 (18)4.2 系统主要仿真参数的设计 (20)4.3 本章小结 (21)第5章双管正激软开关变换器的仿真研究 (22)5.1 Matlab仿真软件介绍 (22)5.2 主电路仿真 (23)5.3 本章小结 (29)结论 (30)参考文献 (31)致谢 (32)第1章概述1.1 引言电源大致可以分为两类：发出电能的电源和变换电能的电源。
正激变换器及其控制电路的设计及仿真
正激变换器及其控制电路的设计及仿真设计要求：1、输入电压：100V（±20％）；2、输出电压：12V；3、输出电流：1A；4、电压纹波：＜70mV（峰峰值）；5、效率：η＞78％；6、负载调整率：1％；7、满载到半载,十分之一载到半载纹波＜200mV。
第一章绪论1.课题研究意义：对于大部分DC/DC变换器电路结构，其共同特点是输入和输出之间存在直接电连接，然而许多应用场合要求输入、输出之间实现电隔离，这时就可以在基本DC/DC 变换电路中加入变压器，从而得到输入输出之间电隔离的DC/DC 变换器。
而正激变化器就实现了这种功能。
2.课题研究内容：1、本文首先介绍了正激变换器电路中变比、最大占空比和最小占空比、电容、电感参数的计算方法，并进行了计算。
2、正激变换器的控制方式主要通过闭环实现。
其中闭环方式又分为PID 控制和fuzzy 控制。
本文分别针对开环、PID 控制，fuzzy 控制建立正激变换器的Matlab 仿真模型，并进行仿真分析了，最后对得出的结果进行比较。
第二章：正激电路的参数计算本章首先给出正激变换器的等值电路图，然后列出了正激变换器的四个主要参数的计算方法，并进行了计算。
1、正激变换器的等值电路图图1 正激变换器等值电路图2、参数计算 （1）变比n根据设计要求，取占空比D=0.4，根据输入电压和输出电压之间的关系得到变比：n=D U U out in ⨯=4.012100⨯=3.3 （2） 最大、最小占空比最大占空比D max 定义为D max =()nU U U in dout 1min ⨯+， 式中U in(min) =100-20=80V ，U out =12V ，n=3.3，，U d 为整流二极管压降， 所以D max =0.495。
最小占空比D min 定义为D min =()nU U U in dout 1max ⨯+， 式中U in(max) =120V ， 所以D min =0.333。
正激式零电压转换开关电源设计及PSPICE仿真
2001年第19卷第3,4期 长春邮电学院学报 2001 V o l119 N o13,4 JOU RNAL O F CHAN GCHUN PO ST AND TEL ECOMMUN I CA T I ON I N ST ITU TE文章编号:100021794(2001)0320094205正激式零电压转换开关电源设计及PSP I CE仿真α刘大年(扬州大学工学院,江苏扬州 225009)摘要:利用电子电路分析程序PSP I CE(Pers onal Si m ulati on P rogram w ith In tegrated C ircuit)软件,设计了一种基于正激式Z V T2P WM(零电流转换脉宽调制)变换器的开关稳压电源,分析了变换电路的工作过程,仿真结果表明了理论分析和参数计算的正确性。
关键词:脉宽调制:开关电源;仿真;正激式;零电流转换中图分类号:TN702 文献标识码:A引 言 传统的P WM(脉宽调制)开关电源中应用的硬开关技术,其主要缺点是随着开关频率的提高,开关过程引起的功耗占功率元件总损耗的比重较大,且元件易受过电压和过电流损坏。
目前较好的解决途径是采用软开关技术。
软开关技术可较大地减小开关损耗,提高开关变换器的效率,其开关频率可达到几十千赫兹,从而使DC DC变换器的高性能、小型化成为可能。
笔者利用PSP I CE(Pers onal Si m ulati on P rogra m w ith In tegrated C ircuit)设计了基于正激式零电压转换脉宽调制变换器的稳压电源,它是在Z V T2P WM变换器的基础上,引入了反馈控制环节,从而构成开关稳压电源,使其输出电压对输入电压和负载参数的变化不敏感。
文中对Z V T2P WM电路的工作过程作了分析,进行了参数设计,针对具体的电路模型作了电路动态和稳态的仿真,给出了运行波形和分析结果。
1 PSP I CE的功能和特点 随着计算机技术的发展,计算机辅助设计与分析(CAD CAA)技术也有了较大的发展,而在电子设计领域中,该技术发展成为电子设计自动化(EDA),并已在电路与系统的设计中发挥了极其重要的作用,PSP I CE是美国M icroSi m公司开发的电子线路设计仿真的微机版EDA软件,具有较高的分析计算能力和精度,其主要功能有:1)直流的工作点、直流小信号传输函数、直流转移特性曲线分析;2)交流小信号的频域分析、噪声α收稿日期:2001208226作者简介:刘大年(1962— ),男,江苏扬州人,扬州大学工学院电气工程系讲师,主要从事高频功率电子电力变换技术及感应电机变频技术的研究。
正激变换器的设计40页PPT
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
交错并联式双管正激变换器和控制电路论文
交错并联式双管正激变换器及其控制电路摘要本文主要研究了交错并联式双管正激变换器及其控制电路。
相比于其他隔离式DC/DC变换器，交错并联结构的双管正激变换器有自动实现励磁能量的回馈，结构简洁等优点。
同时，其主功率管只需承受电源电压，从而选择面更广。
此外，其并联结构缩小了输出滤波电感的体积，降低了器件的应力，从而进一步减小了损耗。
在控制电路的设计方面，考虑到电源输出电压围的可控性，本文采用电压反馈控制方式，选用UC3825型脉宽调制器。
本文列举了DC/DC变换的各种拓扑，比较了四种PWM控制模式，分析了交错并联式双管正激变换器的工作原理及其工作过程，详细推导并建立了带有电压反馈控制的双管正激变换电路的小信号模型，设计了补偿网络，给出了主电路和控制电路的工程计算。
最后，对系统进行频域、时域仿真，并给出相关分析。
关键词：双管正激变换器、电压反馈控制、小信号模型、补偿网络、仿真AbstractThis paper studies the parallel dual interleaved forward converter and its control circuit. Different to other isolated DC/DC converters, the parallel dual interleaved forward converter can feedback excitation energy automatically, also, simple structure is the one of the system’s advantages. Meanwhile, the power switches only need to work just under the main power voltage, which makes the designers have a wider range of choosing the power switches. In addition, the parallel structure reduces the volume of the output filter inductance, reducing the stress of the device, thereby, further reducing the loss. In the control circuit design, taking into account of the controllability of the range of the output voltage, we use voltage feedback control method, and chose the UC3825 voltage pulse width modulator. This article lists the DC/DC conversion of the various topologies, makes a comparison of the four PWM control modes, analyzes the parallel dual interleaved forward converter’s operating principle and working process, derives in detail and establish the small signal model, designs the compensation network, and carries out the main circuit’s and control circuit’s engineering calculation. Finally, this paper makes the system frequency and time domain simulation, and make some correlation analysis.Key words:dual forward converter, voltage feedback control, small signal model, compensation network, simulation目录摘要 (I)Abstract (I)目录.............................................................. I I 第1章绪论 (1)1.1开关电源概述 (1)1.2本课题研究意义 (1)1.3隔离式DC/DC变换拓扑列举 (2)1.4反馈控制模式分类 (4)1.5本课题方案研究 (7)1.5.1功率电路选择 (7)1.5.2控制电路的选择 (8)1.6本文研究的主要容 (8)1.7本章小结 (8)第2章功率电路状态分析及其参数设置 (9)2.1功率电路结构及其工作原理分析 (9)2.1.2电路结构分析 (9)2.1.2功率电路工作原理分析 (9)2.2主电路参数设计 (14)2.2.1技术指标 (14)2.2.2功率电路变压器设计 (15)2.3.3主功率开关管的选择 (19)2.3.4二极管的选择 (19)2.3.5输出滤波电感的选择 (20)2.3.6输出滤波电容的选择 (21)2.4本章小结 (21)第3章系统建模与控制电路的设计 (22)3.1功率电路建模 (22)3.1.1小信号模型的建立 (22)3.1.2标准型等效电路的建立 (25)3.2电压控制脉宽调制器建模与系统稳态传递函数的建立 (28)3.2.1电压控制型开关调节电路原理介绍 (28)3.2.2脉宽调制器的数学模型 (28)3.2.3电压控制系统原始回路稳态传递函数的建立 (29)3.2.4补偿网络的设计 (31)3.3控制电路结构 (34)3.3.1 UC3825外围电路 (34)3.3.2主功率管驱动电路 (36)3.3.3过流保护电路 (37)3.4本章小结 (38)第4章电路仿真 (39)4.1仿真软件简介 (39)4.2系统时域仿真 (40)4.2.1时域仿真电路及其波形 (40)4.2.2时域仿真分析 (44)4.3本章小结 (45)结论 (46)参考文献 (47)致 (50)附录 (1)第1章绪论1.1 开关电源概述随着电力电子技术的飞速发展，固态化静止型功率变换电源已经发展成为电力电子技术的三大应用领域之一(另两个是“运动控制”和“电力品质控制”)。
双管正激参数及控制环路的SABER仿真设计
双管正激参数及控制环路的SABER仿真设计
引言
双管正激变换器开关管的电压应力等于输入电压，关断时也不会出现漏感尖峰，加上结构简单、可靠性高，在高输入电压的中、大功率场合得到广泛的应用。
在开关电源的设计过程中，控制环路设计的优劣关系到系统的稳定与否。
对于PWM 变换器的控制环路，传统的方法使用状态空间平均法，求出小信号模型，来设计控制环路。
此方法计算量大，效率低，不利于工程应用。
SABER 与其他仿真软件相比，具有更丰富的元件库和更精确的仿真描
述能力，真实性更好。
特别是在电源领域的先天优势，借助其强大的仿真功能缩短电源产品的上市时间。
目前，用SABER 软件设计控制环路尚不多见，基于此，提出用SABER 仿真设计双管正激参数及控制环路。
1 电路结构
双管正激拓扑结构如
2 控制环路的设计方法
系统稳定的条件：系统回路开环BODE 控制环路的设计步骤：
(1)根据应用要求设计主电路。
(2)由SABER 仿真器得出主电路的BODE(3)根据实际要求和限制条件确定剪切频率ωc，对电源产品，剪切频率通常为开关频率的1/4 或者
1/5。
(4)根据系统稳态精度的要求及剪切频率决定补偿放大器的类型和各频率点。
使低频段增益高，一般电源产品的低频段设计成I 型系统，以保证稳态精度;中频段带宽处的斜率为-20dB/dec，且有足够的相位裕度(即y45°);高频。
《正激变换器的设计》课件
总结词
正激变换器的特点是电路简单、可靠性高、成本低等，广泛 应用于开关电源、适配器、充电器等领域。
详细描述
正激变换器具有电路简单、可靠性高、成本低等优点，因此 在开关电源、适配器、充电器等领域得到广泛应用。它能够 实现输入和输出电压的隔离和变压，同时具有较高的效率和 较低的损耗。
02 正激变换器的设计步骤
通过对电路参数和元件的优化选择， 可以进一步提高正激变换器的效率。
损耗
正激变换器的损耗主要包括开关损耗 、磁性元件损耗和导通损耗。这些损 耗应尽可能降低，以提高整体效率。
温升分析
温度
正激变换器在工作过程中会产生热量，导致温升 。过高的温度会影响变换器的性能和可靠性。
散热
为了控制温升，需要采取有效的散热措施，如自 然散热、强制风冷或液冷等。
选择合适的磁芯和绕组
磁芯材料
01
选择合适的磁芯材料，如铁氧体、硅钢等，以满足工作频率和
磁通密度的要求。
磁芯形状
02
根据实际需求选择合适的磁芯形状，如E型、EE型、罐型等。
绕组线径和匝数
03
根据输入输出电压和电流的大小，计算绕组的匝数和线径，以
确保变压器的电气性能。
计算变压器匝数和线径
匝数计算
根据输入输出电压和磁芯的磁通密度 ，计算绕组的匝数。
、安全认证的要求等方面的内容。
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电路组成
总结词
正激变换器的电路组成包括输入滤波器、开关管、变压器、输出整流器和输出 滤波器等部分。
详细描述
正激变换器的电路组成包括输入滤波器用于抑制电磁干扰，开关管用于控制能 量传输，变压器用于实现电压隔离和变压，输出整流器用于将交流电压转换为 直流电压，以及输出滤波器用于平滑输出电压。
正激电路的应用-概述说明以及解释
正激电路的应用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述正激电路是一种电子设备中常见的电路结构，它通过控制电流的流动来实现对电路的正向激励。
正激电路具有许多优点，例如结构简单、性能稳定、效率高等特点，因此在各种电子设备中得到了广泛的应用。
本文将对正激电路的原理、优点以及应用领域进行详细介绍，希望能够帮助读者更好地了解和应用正激电路。
1 概述部分的内容1.2 文章结构文章结构是指文章整体的构成和组织方式。
本文的结构分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，会进行概述正激电路的基本概念和意义，介绍文章的结构和目的，为读者提供整体的认识和导向。
接下来是正文部分，主要包括正激电路的原理、优点和应用领域。
通过对正激电路的原理进行详细介绍，可以帮助读者理解其工作机制；探讨其优点可以帮助读者了解为何正激电路在实际应用中有所优势；分析其应用领域可以展示正激电路在不同领域中的具体应用案例，帮助读者理解其现实意义。
最后是结论部分，对正激电路的重要性进行总结，展望其未来发展，强调文章的主要观点和论证，以及对正激电路在未来的发展方向进行展望，为整篇文章画上一个完整的句号。
1.3 目的本文旨在探讨正激电路在电子领域中的广泛应用。
通过深入分析正激电路的原理、优点和应用领域，可以更好地了解正激电路在电源系统、变换器、驱动器等方面的作用与重要性。
同时，通过对正激电路的研究和应用实例的介绍，有助于拓展我们在电子设计和应用方面的视野，提高电子技术人员的实际操作能力。
本文旨在为读者提供一份全面的正激电路应用指南，帮助读者更好地理解和应用正激电路技术，进一步推动电子领域的发展和创新。
2.正文2.1 正激电路的原理正激电路是一种电子电路，通过这种电路可以将交流电信号转换为直流电信号。
其原理是利用一个谐振电路来控制开关器件（如晶闸管或MOSFET）的导通和截止，从而实现对输入电压的控制和调节。
在正激电路中，当输入电压为正半周时，开关器件导通，电源能量储存在电感中，此时电流增大，电荷存储在电容中；反之，当输入电压为负半周时，开关器件截止，储存在电感中的能量释放，给负载供电，同时电容中的电荷也被释放。
双管正激电路的设计与仿真3-10(开环设计与仿真)2010
– Vout 28VDC – Vout(p-p) <100mV – Iout 2- 20A，在所有负载下，电路工作于CCM
• 其他性能：
– 开关频率 100kHz
5
（2）双管正激电路的工作原理
• 主电路拓扑选择
– 非隔离式拓扑 X
– 隔离式拓扑：单端正激、单端反激、推 挽、全桥、半桥、双管正激等；
Dmax<0.5
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滤波电感设计
• 电感量，2A时（1/10负载），电感电流临 界连续。
ΔI L L = UL → ΔT Lmin(CCM )
U −28 (1 − 0.33)10u ≈ 46.9uH = L ΔTmax = ΔI L −4
12
滤波电容设计
• If>Io充电,If<Io放电；
Cf =
8
占空比、匝比设计 （1）占空比
拓扑限制：Dmax<0.5； 控制芯片限制：Dmax<0.45Æ Dmax=0.42
（2）变压器匝比Æ变压器设计
输入、输出关系：
Vout
V D 240*0.42 n = in min max = = 3.6 28 Vout
1 = Vin *( ) * D n
设经计算，原副边匝比=24：7=3.43（注意匝数取整）
• 其他设置
– 基本、输入输出、校准、数值积分、算法
34
Analysis > Time Domain > Transient :
Basic
• End Time：定义瞬态分 析结束时间； • Time Step：步长；
– 设计中有关时间常数的 1/10； – 驱动源最小的上升或下 降沿； – 正弦驱动源输入周期的 1/100。
正激变换器工作原理及基本及基本设计
U P Vin UP(rms) DUP DVin U P(ave) DU P DVin
IP(rms) DIP I P(ave) DI P
由(1)得
I P(rms)
1 D
I in
I P(ave) Iin
IP
1 D
I in
(2) (3)
8
四. 输出端电流电压关系
Pout Vout Iout U I S (rms) S (rms) I SVD (4)
W1
d dt
Vin
( )
Vin W1
D
Ts
iMP
Vin LP
t
正激变换器
4
二, 基本工作原理(续) [Ton, Tr]
Q turned OFF
复位绕组的电压为: VW 3 Vin
原副边绕组上的电压为:
VW1 K13Vin VW 2 K23Vin
Where K13 = W1/W3, K23 = W2/W3
Q oQff,tu&rnedreOseFtF
励磁电流iM从W1转移到W3上后, 减小到零:
iW3
K13[VLiPn
Ton
Vin LP
(t Ton )
到Tr时刻后, 所有绕组中电流为零, 电压也为零.
Q上的电压: VQ Vin
正激变换器
7
UP,IP
正激变换器
三. 输入端电流电压关系
Pin Vin Iin U I P(rms) P(rms) (1)
L f min
(1 D)(VD Vout ) 2Iout fs
(27)
iLf
单端正励变换器的建模与仿真
单端正励变换器的建模与仿真在许多场合要求输入与输出之间实现电隔离，这时可在DC-DC变换器中加入变压器，即单端正励变换器。
单端正励变换器的名字来源：所谓单端变换器，是指变压器磁通仅在单方向转变的变换器。
叫正激电路是由于在开关导通时电源能量直接传至负载。
这是相关于反激电路而言的，反激电路在开关导通时电源将电能转化为磁能贮存在变压器中，开关关断时再将磁能转化为电能传送到负载。
那个电路所用的开关器件是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优势。
GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET 驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT综合了以上两种器件的优势，驱动功率小而饱和压降低。
全控型器件，即通过操纵信号即能够操纵其导通，又可操纵其关断。
：正激电路在一个开关周期内经历开关导通、关断2个状态，如图1和图2所示。
图1开关S导通状态图2开关S关断状态①t0~t1时段S导通，变压器励磁，绕组W1的电压为上正下负，副边绕组W2的电压也是上正下负，VD1导通，VD2截止，L电流慢慢增加。
由此可得：② t1~t2时段S关断VD1关断，VD2导通，电感L电流通过VD2续流， uVD2=0，并慢慢下降。
VD3导通励磁电流经W3和VD3流回输入端，变压器磁复位。
在磁复位未完成前，即t 1~tr时段，开关经受的电压为:变压器磁复位完成后，即 tr~t2时段，开关经受的电压us=UindtdNuwΦ-=11dtdNuwΦ-=22inwUdtdNu=Φ=11dtdNuwΦ=22dtdNuwΦ=33inwUNNu122=dtdNuwΦ-=33inwUdtdNu-=Φ-=33inwUNNu311-=131S inNu UN⎛⎫=+⎪⎝⎭图3 正激电路要紧电压S 开通后，励磁电流i m由0开始，线性增加，直到S 关断。
毕业设计(论文)-DC-DC变换器电路设计及仿真
1.1 研究背景
在人们的生活中，电力已成为与生产生活息息相关的一部分，在各个场合，人们都需要各式各样的电力来为其服务，然而并不是所有的电力都能在一开始就能满足需要，于是就要求有电力变换的过程。在电子设备领域中，通常将整流器称为一次电源，而将DC/DC变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成安全的直流电源。目前，在电子设备中用的一次电源中，传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代，高频开关电源通过MOSFET或IGBT实现高频工作，开关频率一般控制在50kHz～100kHz范围内，实现高效率和小型化。电子设备中所用的集成电路的种类繁多，其电源电压也各不相同,在电子供电系统中，采用高功率密度的高频DC/DC隔离电源模块,从中间主线电压变换成所需的各种直流电压，可以大大减小损耗、方便维护,且安装和增容非常方便。一般都可直接装在标准控制板上，对二次电源的要求是高功率密度。因为电子设备容量的不断增加，其电源容量也将不断增加。
负载电流平均值I=Ud/R（2-2）
电流断续时，Uo平均值会被抬高，一般不希望出现
斩波电路三种控制方式
a脉冲宽度调制（PWM）或脉冲调宽型——T不变，调节ton，应用最多
b频率调制或调频型——ton不变，改变T
c混合型——ton和T都可调，使占空比改变
图2-1降压斩波电路的原理图及波形
a）电路图b）电流连续时的波形c）电流断续时的波形
1.2 课题意义
(1)DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约20％～30％的电能。直流斩波器不仅能起到调压的作用(开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
正激式变换器(正激开关电源)的设计实例
正激式变换器(正激开关电源)的设计实例作为功率变压器的一个设计实例，下面我们将设计正激式变换器中的变压器。
显然，这种变压器也不是用于我们的buck变换器中。
现在，我们考虑设计要求：输入电压为直流48V(简便起见，不需要考虑进线电压的波动范围)，输出电压为5V，功率100W，开关频率为250kHz，基本电路图如图所示。
容易得到，输出电流为100W／5V=20A。
这个电流值是比较大的，为了减少绕组电阻，副边的线圈匝数应该尽量取小。
这意味着取变比(原边匝数除以副边匝数)的时候，副边最少匝数取为1。
我们来看看变比为整数时会出现什么问题。
1 匝数比=1：1匝数比=1：1，即原边与副边的匝数相等。
当开关导通时，48V输入电压全部加在变压器的原边。
同样，副边也得到48V的电压(忽略漏感)，并加于续流二极管两端。
实际上，具有低通态电压的肖特基功率二极管其最大阻断电压为45V左右。
48V的电路中，至少要采用电压为60V的器件，如果电压有过冲或者输入电压有波动，那么要求采用更高电压的器件。
二极管的反向阻断电压越高，其通态电压也越高，变换器的效率将会降低。
在低输出电压的变换器中，整流二极管的通态电压是一个常见的问题。
原因很明显：电感中的电流要么流过整流二极管，要么流过续流二极管，无论哪种情况，在二极管中总会产生一个大小为VfI的损耗。
二极管的损耗使变换器效率进一步下降。
这部分功率不在总功率V outI之中。
解决这个问题的唯一方法是采用同步整流器，但是其驱动非常复杂(同样的道理，当输出Vout降到3.3V，甚至更低时，必须使用同步整流器)。
不管怎么样，对于一个高效率的变换器而言，如果不采用同步整流器，1：1的变压器匝数变比不是一个很好的选择(对我们的例子而言)。
2 匝数比=2：1这时原边匝数是副边的2倍，所以加在原边的电压为48V，副边和二极管上的电压为24V，可以使用肖特基功率二极管。
正激式变换器占空比近似为DC=V out／Vsec=5V／24V=21％(忽略肖特基功率二极管的通态电压Vf)。
正激式变换器的参数设计及研究
正激式变换器的参数设计及研究正激式变换器是一种常见的DC-DC变换器拓扑，通常应用于电源转换和能量传输等领域。
正激式变换器通过将输入电压从低频到高频进行切换，以实现能量的转换和传输。
参数设计和研究对于提高正激式变换器的效率和稳定性非常重要。
首先，正激式变换器的参数设计需要确定输入电压范围、输出电压和输出电流等基本参数。
其中输入电压范围一般由本地电源的电压决定，输出电压和输出电流则根据实际需要进行选择。
在确定基本参数后，可以进一步设计变压器和电感的参数。
变压器是正激式变换器中非常重要的组件，其参数设计需要考虑输入和输出电压的比例关系、工作频率以及功率损耗等因素。
一般来说，输入和输出电压的比例由变压器的变比比例确定，可以通过设计决定变压器的结构和骨架，从而调整变比比例。
另外，工作频率对于变压器的设计也有重要影响，通常选择适合工作频率的材料和结构，以减小损耗并提高效率。
电感也是正激式变换器中常见的元件，其参数设计同样需要考虑输入和输出电压、工作频率和功率损耗等因素。
电感用于储存和传输能量，在正激式变换器中起到平滑电流的作用。
因此，电感的参数选择需要满足一定的电感值和电流容量要求，同时考虑磁芯材料的损耗和饱和等方面。
除了变压器和电感，正激式变换器还包括开关管和控制电路等组成部分。
开关管的选择需要考虑开关频率、耐压和导通电阻等因素，以确保其稳定工作和低功耗。
控制电路的设计需要满足开关管的驱动要求，通常选择合适的控制方式和芯片来实现高效、准确的控制。
除了参数设计，研究正激式变换器还需要考虑效率、稳定性和可靠性等方面。
对于效率的研究可以通过优化电路拓扑、选择合适的元件和控制策略来实现。
稳定性和可靠性的研究可以通过分析和仿真来评估电路的稳定性和容错能力，并根据实际情况进行改进。
总之，正激式变换器的参数设计和研究对于提高电路效率和稳定性非常重要。
通过合理选择和设计元件，优化控制策略和拓扑结构，可以实现高效、稳定和可靠的正激式变换器。
正激变换器工作原理及基本及基本设计PPT文档共48页
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
6、最大的骄傲于最大的自卑都知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
改进型双管正激电源变换器的仿真及设计
原边 主开关 管驱 动方 式 和 副 边整 流 电路 两个 方 面 ，
对传 统双 管正激 电路做 出改 进 ， 将两 个 开 关 管 分 成 主管和辅 管 ， 管 为主管 利 用 Ｐ 下 ＷＭ 芯 片 直接 驱 动 ， 上管为 辅管利 用 主变压 器辅助 绕组 上 的电压实 现 自 驱动 ， 同时辅 管工 作 在零 电流 开 通 和零 电流关 断状 态 ， 利 于电路 整流效 率 的提高 。实验证 明 ， 有 电路 简
图 ３ 额 定 输 入 下 满 载 输 出 电 压 波 形
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收 稿 日期 ：２ １ －７２ ０ １０ －１
３ 同 步 整流 原 理分 析
图 ２所 示 为 一 种 自绕 组 驱 动 同 步 整 流 电 路 ， ＭＯ Ｓ管 的驱动是 通过 变压 器 副 边绕 组 实 现 的 ， 当原 边开关 管 Ｑ 开 通 时 ， ， 副边 绕 组感 应 出 电压 ， 时 ｓ 此 ：
率 。
４ 双 管 正 激 同 步 整 流 电流 仿 真 分 析
利用 ｓｂ ｒ 件对 主 电路 进 行 开 环仿 真 。主 电 ａｅ 软 路 所 用 参 数 ： 入 电压 ：５—１０ ５ Ｈ ， 出 电压 输 ９ ５ Ｖ，０ ｚ 输
３０ ， ０ Ｗ 得相 关 波形如 图 ４所示
电 流 ： ５ ２ Ａ， 开 关 频 率 ： ０ Ｈ ， 出 功 率 ： １ Ｖ， ０ ５ｋ ｚ 输 。
第 ３ １卷 第 ３期
２１ ０ ２年 ７月
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正激变换器及其控制电路的设计及仿真电气工程张朋13S053081设计要求：1、输入电压：100V（±20％）；2、输出电压：12V；3、输出电流：1A；4、电压纹波：＜70mV（峰峰值）；5、效率：η＞78％；6、负载调整率：1％；7、满载到半载,十分之一载到半载纹波＜200mV。
第一章绪论1.课题研究意义：对于大部分DC/DC变换器电路结构，其共同特点是输入和输出之间存在直接电连接，然而许多应用场合要求输入、输出之间实现电隔离，这时就可以在基本DC/DC变换电路中加入变压器，从而得到输入输出之间电隔离的DC/DC变换器。
而正激变化器就实现了这种功能。
2.课题研究内容：1、本文首先介绍了正激变换器电路中变比、最大占空比和最小占空比、电容、电感参数的计算方法，并进行了计算。
2、正激变换器的控制方式主要通过闭环实现。
其中闭环方式又分为PID控制和fuzzy控制。
本文分别针对开环、PID控制，fuzzy控制建立正激变换器的Matlab仿真模型，并进行仿真分析了，最后对得出的结果进行比较。
第二章：正激电路的参数计算本章首先给出正激变换器的等值电路图，然后列出了正激变换器的四个主要参数的计算方法，并进行了计算。
1、正激变换器的等值电路图图1 正激变换器等值电路图2、参数计算（1）变比n根据设计要求，取占空比D=0.4，根据输入电压和输出电压之间的关系得到变比：n=D U U out in ⨯=4.012100⨯=3.3 （2） 最大、最小占空比最大占空比D max 定义为D max =()nU U U in dout 1min ⨯+， 式中U in(min) =100-20=80V ，U out =12V ，n=3.3，，U d 为整流二极管压降， 所以D max =0.495。
最小占空比D min 定义为D min =()nU U U in dout 1max ⨯+， 式中U in(max) =120V ， 所以D min =0.333。
（3） 电容电容的容量大小影响输出纹波电压和超调量的大小。
取开关频率f=200KHZ ，则T=5×10-6 s ，根据公式：C=rippleripple V f I ⨯⨯81， 式中取I ripple =0.2A ，V ripple =0.07mV ，所以C=1.79μF 。
为稳定纹波电压，放大电容至50μF 。
（4） 电感可使用下列方程组计算电感值：U out =L ×dt di ， dt=fD m in1-，式中U out =12V ，di 取为0.2A ，D min =0.333, 所以L=0.334mH 。
第三章 正激变换器开环的Matlab 仿真本章首先建立了正激变换器开环下的Matlab 仿真模型，然后对其进行了仿真分析。
1、仿真模型的建立根据之前的等值电路图和参数的计算结果，可以对正激电路进行建模，其开环模型如图2：图2 正激电路的开环仿真模型2、仿真结果在Matlab上进行仿真，得到如下的输出电压,及其纹波，输出电流及其纹波的波形：图3 开环电压波形图4 开环纹波电压图5 开环电流波形图6 开环纹波电流从图中可以看出，开环占空比为40％时输出电压不能达到12V，只能稳定在11.98V 左右，纹波电压为1mV ，输出电流是0.998A ，纹波电流不到0.1mA 。
虽然纹波电压符合要求，但输出电压值和电流值不符合要求，且电压有较大超调。
分析其原因，可能是由于电路中的二极管压降以及变压器参数的影响。
需要调大占空比才能稳定到12V 。
且开环系统有较弱的抗干扰性，不够稳定，因此应采用闭环。
第四章 正激变换器闭环PID 的Matlab 仿真本章首先介绍了工程上对系统的闭环稳定条件的要求，然后对开环系统绘制了伯德图，接着根据其开环幅频和相频特性曲线来确定所加PID 环节的三个主要参数，进行闭环系统的Matlab 仿真，得到经过两次切载后的输出电压波形和输出电流波形，并进行了分析。
1、闭环稳定的条件：（1）开环Bode 图的幅频特性曲线中增益为1的穿越频率应等于开关角频率的1/5~1/10。
（2）幅频特性曲线应以-20dB 的斜率穿越横轴。
（3）相位裕量γ＞45°。
2、开环传递函数：查阅资料得到未补偿的开环传递函数为：G 0 (S)=)1(11++⨯RsC RsLnU i,代入数据，得到G 0 (S)=110783.21067.13.30528+⨯+⨯--s s 。
3、未补偿的开环传函的Bode 图图7 开环传递函数伯德图从图中可以看出，穿越频率为 6.89⨯103 Hz ，小于要求的最小开关频率K 200101⨯=20000Hz ，且以-40dB 穿越横轴，相位裕度仅为1°。
三项指标都不符合。
因此必须加入补偿环节。
4、 补偿函数的确定首先确定补偿后系统的剪切频率f c1 =K 20081⨯=2.5×104 Hz ，ωc1 =2πf c1=1.57×105rad/s 。
在f=2.5×104 Hz 处，原伯德图的增益为-22.6dB ，相角为-179°。
取相位裕度为50°，则需补偿49°。
新补偿的函数可分为PD 和PI 两部分 （1）PD 环节设PD 环节的传递函数为G1=Kp （1+τs ），作出其伯德图，得到以下比例关系：149tan 101=τωc ， 所以τ=7.33×10-6 。
又20lgKp 2121c ωτ+=22.6，所以Kp=8.848。
得到G1=8.848（1+7.33×10-6s ）（2）PI 环节取PI 环节传函为G2=ss 1000+。
（3）补偿传函G3G3=G1×G2=ss s 8848848.8104856.625++⨯-。
即Kp=8.848, Ki=8848, K D =6.5e-5。
5、 补偿后系统的新开环传函GnGn=G 0 G3=ss s s s +⨯+⨯++⨯---25382310783.21067.14.2680940944.2681096514.1。
其伯德图如下：图8 补偿后系统伯德图从图中可以看出，此时系统的幅频特性曲线以-20dB穿越横轴，且剪切频率为2.49×104 Hz，相位裕度为49°，完全符合工程要求。
6、闭环PID控制的Matlab仿真模型用Mosfet 1和2控制切载过程。
用Timer和Timer1控制切载情况，在t=0.02s处负载由12Ω切到24Ω，在t=0.03s处负载由24Ω切到120Ω，在0.05s 处由120Ω切到24Ω。
输出电压值与12V比较后进入PID，再与三角载波形比较，在交点处控制Mosfet通断，从而控制占空比。
图9 闭环PID控制电路图7、闭环PID仿真结果在Matlab上进行仿真，得到如下的电压波形：图10 初始PID参数下的输出电压波形通过此图可以看出输出电压超调过大，已超过额定输出电压的1倍。
尽管输出电压值、纹波、切载的尖峰都符合要求。
此时需要对PID参数进行调整。
在这里选取Kp=0.5，Ki=500，K=7.3e-5。
D此时可得到如下电压和电流波形：图11 调整PID参数后的输出电压波形图12 满载电压纹波波形图图13 切载后第一个尖峰图14 切载后第二个尖峰图15 输出电流波形图16 满载输出电流纹波波形从图中可以看出，此时输出电压基本稳定在12V ，且无超调。
满载输出平均电压约为11.9995V, 满载时电压纹波最大，约为0.7mA 。
切载时的电压尖峰也低于200mV 。
半载输出平均电压为11.99935V ，所以负载调整率为9995.1199935.119995.11-×100％=0.00125％＜1％。
满载，半载，1/10载的电流纹波基本相等，均不到1mA 。
变压器原边电流为0.1521A,所以效率η=1001521.010019995.11⨯⨯⨯％=78.9％。
均符合要求。
8、 补偿后系统的伯德图图17 PID 补偿后系统的伯德图从图中可以看出，补偿后系统的剪切频率为2.12×104Hz ，约为开关频率的0.106倍，并以-20dB 穿越横轴，且相位裕度为88°，符合工程要求。
第五章 正激变换器基于Fuzzy 控制的Matlab仿真分析本章针对正激变换器进行了模糊控制。
首先进行了模糊化的设计，然后建立了规则库，最后针对其Matlab 模型进行了仿真分析。
1、模糊化设计对误差e 、误差变化率dtde和控制量U 的模糊集和域定义如下：（1）模糊集合均为{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB}，e 的域为{-1，+1}，dtde的域为{-0.5，+0.5}。
U 的域为{-1，+1}。
（2）隶属度函数均选三角函数，input1为e ，input2为dtde，output 为U 。
例如，变量dtde的隶属度函数如下图所示：图18 输入dtde的隶属度函数2、模糊规则的建立（1）模糊规则表如下：表1(2)Fuzzy 控制器规则库如下：图19控制器规则库3、Matlab 仿真分析通过开环的输出电压范围，初步确定对于e ，Gain1=65，对于dtde ，Gain2=10-5。
由采样定理，采样频率 为开关频率的2倍，即400KHz ，从而采样时间为2.5×10-6s 。
还要加入限幅模块和零阶保持器模块，然后进行仿真。
其仿真模型如下图：E EC NB NM NS ZE PS PM PB NB PB PB PM PM PS PS ZE NM PB PB PM PM PS ZE NS NS PM PM PS PS ZE NS NS ZE PM PM PS ZE NS NM NM PS PS PS ZE NS NS NM NM PM PS ZE NS NM NM NB NB PBZENSNSNMNMNBNB图20 基于Fuzzy控制的Matlab仿真模型仿真后得到的电压和电流波形如下：图21 输出电压波形图图22 切载前后纹波及切载尖峰电压波形图图23 输出电流波形图24 满载及半载电流纹波图25 1/10载电流纹波从图中可以看出，输出电压基本稳定在12V，在满载时纹波为350mV；半载时纹波为170mV；1/10载时纹波为30mV。
两次切载的尖峰电压分别为300mV和150mV。
未切载输出电流基本稳定在1A，在满载时纹波为30mA；半载时纹波为7mA；1/10载时纹波为0.3mA。
输出基本上符合要求。
第六章总结从闭环PID控制和Fuzzy控制的仿真结果的对比中可以看出，Fuzzy控制的控制方式更加简单，稳定度高，且纹波也基本满足要求。