反激变换器设计..docxVIP

研究生专业课程考试答题册 得分: 学 号 2011261695姓 名 李纪波 考试课程 高级电力电子线路设计 考试日期2012-9-1 要求： 直流隔离电源变换器设计 一、目的 1 ?熟悉逆变电路和整流电路工作原理，探究 PID闭环调压系统设计方法。 2?熟悉专用PWM控制芯片工作原理及探究由运放构成的 PID闭环控制电路 调节规律，并分析系统稳定性。 3.探究POWER MOSFET驱动电路的特性并进行设计和优化。 4.探究隔离 电源的特点，及隔离变压器的特性。二、内容 设计基于脉冲变压器的DC-AC-DC变换器，指标参数如下：？输入电压： 24V~36V; ?输出电压：12V，纹波＜1%; ?输出功率：50W ?开关频率： 20kHz 具有隔离功?具有过流、短路保护和过压保护功能，并设计报警电路 具有隔离功 能。 能。 ?进行变换电路的设计、仿真（选择项）与电路调试 第一章绪论 绕组电感代替才常隔离式变换器是由标准的DC-DC变化器拓扑衍生而来的。如广泛应用于小功 率（典型值小于100W ）场合的反激变换器拓扑。其实是用多 用的单绕组电感的buck-boost电路。类似地，广泛用于中大功率场合的正激变换 器，是buck的衍生拓扑，其中用变压器代替常用电感（扼流圈）。反激变换器电 感其实既起电感也起变压器的作用，它不仅能像所有电感一样存储电磁能量，而且 能像变压器一样提供电网隔离（安全需要）。而在正激变换器中，能量存储功能通 过扼流圈来实现，变压器提供必要的电网隔离。 绕组电感代替才常 注意到在正激和反激变换器中，变压器除了提供必要的电网隔离外，还起到另 外一个非常重要的作用，即由变压器 匝比”决定的恒比降压转换功能。匝比由输出 （二次）绕组匝数除以输入（一次）绕组匝数得到。于是问题就产生了，理论上， 开关变换器可以任意地进行升压或降压变换，为什么我们觉得有必要基于变压器匝 比进行降压转换？只要进行简单的计算原因就显而易见 一一不需要任何辅助设施， 只需一个极小的不现实的占空比值，变换器就可以变成一个从极高压输入到极低压 输出的降压器。注意到世界上有些地方，最高的电流电网输入可以高达 270V （最 坏情况下），所以这样的电流电压用传统桥式整流电路整流时， 270382V =的直流电压加在其后的开关变换器电路上，但是相应的输出电压可 能却很低（5V、3.3V、1.8V等）。于是对于已给定最小导通时间的各种典型变换 器，特别是当开关器件工作在高频时，所需的电流转换比很难达到要求。所以，在 正激和反激变换器中，我们可以直观地认识变压器就是把输入定比近似地降为一个 较小的合适值，而变换器则完成其余的工作（包括调节功能）。 第二章电路拓扑及工作原理 2.1主电路组成和控制方式 图2-1给出了反激(Flyback ) PWMDC/DC转换器的主电路及其工作模式的电 路。它是由开关管V、整流二极管D1、滤波电容Cf和隔离变压器构成。开关管 V按照PWM方式工作。变压器有两个绕组，初级绕组 W1和次级绕组 W2，两个 绕组是紧密耦合的。使用的是普通磁材料和带有气隙的铁心。以保证在最大负载电 流时铁心不饱和。 (a)主电路拓扑图Ui (a)主电路拓扑图 Ui (b)V导通 (c ) V关断 图2-1 2.2电流连续时反激式变换器的工作原理和基本关系（如图（ a ）） b h I2 ti b h I2 ti 图2-2反激变换器线圈电流 1.工作原理 1）开关模式1（ O-Ton） 在t=0瞬间，开关管V导通，电源电压Ui加在变压器初级绕组 W1上，此 时，在次级绕组 W2中的感应电压为221 W u U W =- ，其极性 “*端”为正，是二极 管 D1 截止，负载电流由滤波电容 Cf 提供。此时，变压器的次级绕组开路， 只有初级绕组工作，相当于一个电感，其电感量为 L1 ，因此初级电流 p i 从最小值 min P I 开始线性增加，其增加率为： 1 i U d i p d t L = （2-1） 在 on t T = 时，电流达到最大值 m ax P I 。 m a x m i n 1 i P P u s U I I D T L =+ （2-2） 在此过程中，变压器的铁心被磁化，其磁通 ①也线性增加。磁通 ①的增加量 为： u s U D T W +? ①二 （2-3） 2）开关模式 2（Ton-Ts ） 在 t=Ton 时，开关管 V 关断，初级绕组开路，次级绕组的感应电动势反向， 其极性“*端为负，使二极管D1导通存储在变压器磁场中的能量通过二极管 D2释 放，一方面给电容 Cf 充电；另一方面也向负载供电。此时只有变压器的次级绕组 工作，相当于一个电感，其电感量为 L2. 次级绕组上的电压为 2w o u U =， 次级电流 s