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基于SABER仿真器的雙管正激參數及控制環(huán)路

作者: 時(shí)間:2009-12-04 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

  0引言

  目前,在中、大功率場(chǎng)合得到廣泛的應用,但單管正激變換器的開(kāi)關(guān)管承受兩倍輸入電壓應力,不能用在較高輸入場(chǎng)合。雙管正激變換器解決了這個(gè)問(wèn)題,其開(kāi)關(guān)管的電壓應力等于輸入電壓,關(guān)斷時(shí)也不會(huì )出現漏感尖峰,加上結構簡(jiǎn)單、可靠性高,在高輸入電壓的中、大功率場(chǎng)合得到廣泛的應用。

  在開(kāi)關(guān)電源的設計過(guò)程中,設計的優(yōu)劣關(guān)系到系統的穩定與否。因此優(yōu)良的,對開(kāi)關(guān)電源系統是至關(guān)重要的。對于PWM變換器的,傳統的方法使用狀態(tài)空間平均法,求出小信號模型,來(lái)設計控制環(huán)路。此方法計算量大,效率低,不利于工程應用。

  高效的方法是用仿真軟件得出電路開(kāi)環(huán)BODE圖來(lái)設計控制環(huán)路。市面的仿真軟件非常多,功能也很強大,如Matlab、Pspice等,然而Pspice軟件的收斂算法不好,帶來(lái)了非常多的不便;Matlab軟件建模復雜,其補償器為傳遞函數或狀態(tài)方程,需利用電網(wǎng)絡(luò )理論轉化為具體的電路,諸多不便。

  SABER與其他仿真軟件相比,具有更豐富的元件庫和更精確的仿真描述能力,真實(shí)性更好。特別是在電源領(lǐng)域的先天優(yōu)勢,借助其強大的仿真功能縮短電源產(chǎn)品的上市時(shí)間。目前,用SABER軟件設計控制環(huán)路尚不多見(jiàn),基于此,提出用SABER仿真設計雙管正激參數及控制環(huán)路。

  1電路結構

  雙管正激拓撲結構如圖1所示,工作原理為:VT1、VT2同時(shí)導通,同時(shí)關(guān)斷;VT1與VT2導通時(shí),電源經(jīng)高頻變壓器T,快恢復二極管VD3向負載輸出能量,經(jīng)L給C充電;VT1與VT2關(guān)斷時(shí),輸出電流由快恢復二極管VD4續流,同時(shí)變壓器原邊繞組的勵磁電流經(jīng)VD1-UiN-VD2向電源反饋能量。由于VD1與VD2的箝位,VT1與VT2的開(kāi)關(guān)應力等于電源電壓。與單管正激電路相比,多用一個(gè)開(kāi)關(guān)管,電壓應力為單管的一半,不存在漏感尖峰,變壓器無(wú)需磁通復位繞組,適用于較高輸入電壓的中、大功率等級場(chǎng)合。

雙管正激拓撲結構

  2控制環(huán)路的設計方法

  系統穩定的條件:系統回路開(kāi)環(huán)BODE圖,在剪切頻率處幅值斜率為-20dB/dec,且至少有45°的相位裕度。

  控制環(huán)路的設計步驟:

  (1)根據應用要求設計主電路。

  (2)由得出主電路的BODE圖。

  (3)根據實(shí)際要求和限制條件確定剪切頻率ωc,對電源產(chǎn)品,剪切頻率通常為開(kāi)關(guān)頻率的1/4或者1/5。

  (4)根據系統穩態(tài)精度的要求及剪切頻率決定補償放大器的類(lèi)型和各頻率點(diǎn)。使低頻段增益高,一般電源產(chǎn)品的低頻段設計成I型系統,以保證穩態(tài)精度;中頻段帶寬處的斜率為-20dB/dec,且有足夠的相位裕度(即y>45°);高頻段增益衰減快,減少高頻干擾;用SABER得出補償后環(huán)路的開(kāi)環(huán)頻響曲線(xiàn),驗證系統的穩定性。

  3主電路參數設置

  由于主電路輸出濾波器參數關(guān)系到控制環(huán)路的設置,補償器應根據輸出濾波參數進(jìn)行調整。本文以一臺250W電源實(shí)例說(shuō)明控制環(huán)路的設計。

  1)主要技術(shù)要求

輸入:AC220V(DC=265V(220~310V))
輸出:48V0.5~5A;
波紋電壓:0.1V;波紋電流:1A;
效率:≥0.85;開(kāi)關(guān)頻率:100kHz;
變壓器原副邊比n=2;Uout=48.85V(二極管);占空比:

  2)輸出濾波參數

  輸出濾波器按照要求的紋波電流與紋波電壓值來(lái)設計,紋波電流決定電感值,紋波電流與紋波電壓共同決定電容值。

  (1)濾波電感

  流經(jīng)濾波電感電流波形如圖2所示,紋波電流峰峰值取決于允許的最小電流值,當負載電流小于0.5A時(shí),進(jìn)入電流斷續模式。

流經(jīng)濾波電感電流波形

  為防止變換器進(jìn)入斷續模式,在Toff期間,流經(jīng)L的電流不能降到零。

流經(jīng)L的電流不能降到零

 ?。?)濾波電容

  濾波電容的容量分以下兩種情況討論:

 ?、俨捎闷胀ǖ匿X電解電容,根據文獻[3],此類(lèi)電容在開(kāi)關(guān)頻率低于500kHz,且RoCo大于開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷和導通時(shí)間的一半時(shí),輸出紋波僅由ESR(Ro)決定。

輸出紋波

  此方法隨技術(shù)的進(jìn)步變得不合實(shí)際,最好從廠(chǎng)家或測試得到電容的ESR值。

引起振蕩

 ?、跒V波電容采用零ESR或低ESR電容,自身阻容形成的零點(diǎn)(1/2πRest×C)較高,但對環(huán)路設計的影響不大;若低ESR值的電容采用大容量,其自身阻容形成的零點(diǎn)使得在帶寬附近的高頻衰減不夠,可能引起振蕩,增加補償器的設計難度。如圖3、圖4所示。

自身阻容

  考慮電容的發(fā)熱影響壽命,取22μF。

  電容的ESR值的最大值為

  ESR(max)=△U/△I=0.1/l=0.1Ω

  ESR超過(guò)0.1Ω,紋波電壓會(huì )增加。

  4使用SABER對開(kāi)環(huán)仿真

  在SABER中建立平均模式雙管正激的模型,如圖5所示。

開(kāi)環(huán)BODE圖

  下表為圖5模型使用的主要模塊及參數:

模型使用的主要模塊及參數


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