DCM谐振全桥变换器模型的建立及其控制方法的研究

摘要

近年来,开关型功率变换器得到了广泛的应用。科研人员通过分析、研究开关功率变换器的工作原理,设定有效的控制策略,提高变换器性能。研究表明,如果变换器工作在电流连续状态(CCM),将导致轻载时电感电流变负,引起循环能量增大、导通损耗增加、变换效率降低。为提高轻载时的变换效率,必须使变换器工作在电流断续模式(DCM)。DCM的优点是控制简单,成本低廉,且具有自然的零电流关断特性,二极管反向恢复电流所引起的开关关断损耗也较小。一些PFC电路甚至在设计时就让其在整个周期中工作在DCM下,以简化控制。因此研究DCM下工作的变换器模型具有重要的意义。首先,对全桥零电压不连续导电模式下变换器电路拓扑进行了工作模态的分析,在此基础上,对电路中各个开关管的零电压条件进行了分析,从而确定出整个电路的零电压实现条件。依照实际技术指标,对电源的主回路、控制回路进行了详尽的设计,对主要元件,如高频变压器,进行设计和参数计算。对移相控制芯片UC3875进行了介绍和应用设计。同时分析了其零电压开关条件、副边占空比丢失以及整流二极管的换流情况。二次侧采用桥式整流方式,在DCM模式下可解决变换器高压输出带来的整流管寄生振荡和电压过冲。其次,对不连续导电模式下的移相全桥ZVSDC-DC变换器进行了详细的建模。利用FBZVS变换器和BUCK变换器的相似性,简化了全桥变换器的建模。通过分析占空比丢失造成的影响,建立了移相全桥ZVSDC-DC变换器的大信号模型和小信号模型。该模型具有比较直观的物理意义,且为下面的分析做好了准备。最后,通过仿真软件Orcad建立全桥零电压DC-DC变换器的仿真电路,结果表明该变换器各部分电路工作正常,实现了设计目标,证明了原理分析的正确性,电路主要波形和理论分析保持一致,在轻载时也能实现开关管的零电压导通。根据全桥零电压DC-DC变换器的小信号模型及其传递函数,对闭环系统的补偿网络进行了设计,使变换器具有良好的稳态和暂态性能。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 软开关的国内外研究现状及应用前景

1.2.1 谐振型变换器

1.2.2 有源箝位变换器

1.2.3 零开关脉宽调制变换器

1.3 开关电源建模的研究现状

1.3.1 状态空间平均法

1.3.2 平均开关网络模型法

1.3.3 三端开关器件模型法

1.4 本文研究的主要内容

第2章 DCM 谐振全桥变换器的工作原理分析

2.1 引言

2.2 全桥ZVS DC-DC 变换器的工作原理

2.2.1 不连续导电模式下全桥ZVS DC-DC 变换器的工作原理

2.2.2 连续导电模式下全桥ZVS DC-DC 变换器的工作原理

2.3 全桥变换器的特性分析

2.3.1 滞后桥臂实现ZVS

2.3.2 全桥PWM ZVS 谐振变换器的占空比丢失问题

2.3.3 全桥二极管整流电路

2.4 变换器主电路及其辅助电路的设计

2.4.1 工频整流二极管的选择

2.4.2 输入滤波电容的选择

2.4.3 功率开关管的选择

2.4.4 高频变压器的设计

2.4.5 控制电路

2.5 本章小结

第3章 DCM 谐振全桥变换器的建模

3.1 引言

3.2 移相全桥ZVS 变换器断续模式下的建模

3.2.1 大信号动态电路模型

3.2.2 DCM 小信号模型

3.3 移相全桥ZVS 变换器连续模式下的建模

3.3.1 大信号动态电路模型

3.3.2 CCM 小信号模型

3.4 本章小结

第4章 变换器的仿真分析及控制系统的设计

4.1 移相全桥ZVS 变换器的工作波形

4.2 校正环节的设计及仿真分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢