SABER當(dāng)中雙管正激主電路設(shè)計與實現(xiàn) - 全文

　　目前，正激變流器在中、大功率場合得到廣泛的應(yīng)用，但單管正激變換器的開關(guān)管承受兩倍輸入電壓應(yīng)力，不能用在較高輸入場合。雙管正激變換器解決了這個問題，其開關(guān)管的電壓應(yīng)力等于輸入電壓，關(guān)斷時也不會出現(xiàn)漏感尖峰，加上結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，在高輸入電壓的中、大功率場合得到廣泛的應(yīng)用。

　　在開關(guān)電源的設(shè)計過程中，控制環(huán)路設(shè)計的優(yōu)劣關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定與否。因此優(yōu)良的控制環(huán)路，對開關(guān)電源系統(tǒng)是至關(guān)重要的。對于PWM變換器的控制環(huán)路，傳統(tǒng)的方法使用狀態(tài)空間平均法，求出小信號模型，來設(shè)計控制環(huán)路。此方法計算量大，效率低，不利于工程應(yīng)用。

　　高效的方法是用仿真軟件得出電路開環(huán)BODE圖來設(shè)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，帶來了非常多的不便；Matlab軟件建模復(fù)雜，其補償器為傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程，需利用電網(wǎng)絡(luò)理論轉(zhuǎn)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)品的上市時間。目前，用SABER軟件設(shè)計控制環(huán)路尚不多見，基于此，提出用SABER仿真設(shè)計雙管正激參數(shù)及控制環(huán)路。

　　電路結(jié)構(gòu)

　　雙管正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，工作原理為：VT1、VT2同時導(dǎo)通，同時關(guān)斷；VT1與VT2導(dǎo)通時，電源經(jīng)高頻變壓器T，快恢復(fù)二極管VD3向負(fù)載輸出能量，經(jīng)L給C充電；VT1與VT2關(guān)斷時，輸出電流由快恢復(fù)二極管VD4續(xù)流，同時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的開關(guān)應(yīng)力等于電源電壓。與單管正激電路相比，多用一個開關(guān)管，電壓應(yīng)力為單管的一半，不存在漏感尖峰，變壓器無需磁通復(fù)位繞組，適用于較高輸入電壓的中、大功率等級場合。

　　控制環(huán)路的設(shè)計方法

　　首先是控制環(huán)路上的設(shè)計方法，系統(tǒng)回路為開環(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?？刂骗h(huán)路的設(shè)計步驟如下：

　　1、根據(jù)應(yīng)用要求設(shè)計主電路。

　　2、由SABER仿真器得出主電路的BODE圖。

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

　　4、根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的要求及剪切頻率決定補償放大器的類型和各頻率點。使低頻段增益高，一般電源產(chǎn)品的低頻段設(shè)計成I型系統(tǒng)，以保證穩(wěn)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)路的開環(huán)頻響曲線，驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　主電路參數(shù)設(shè)置

　　由于主電路輸出濾波器參數(shù)關(guān)系到控制環(huán)路的設(shè)置，補償器應(yīng)根據(jù)輸出濾波參數(shù)進行調(diào)整。本文以一臺250W電源實例說明控制環(huán)路的設(shè)計。

　　主要技術(shù)要求

　　輸入：AC220V［DC=265V（220～310V）］

　　輸出：48V 0.5～5A;

　　波紋電壓：0.1V; 波紋電流：1A;

　　效率：≥0.85;開關(guān)頻率：100kHz;

　　變壓器原副邊比n=2;Uout=48.85V（二極管）; 占空比：

　　輸出濾波參數(shù)

　　輸出濾波器按照要求的紋波電流與紋波電壓值來設(shè)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。

　　濾波電感

　　流經(jīng)濾波電感電流波形如圖1所示，紋波電流峰峰值取決于允許的最小電流值，當(dāng)負(fù)載電流小于0.5A時，進入電流斷續(xù)模式。為防止變換器進入斷續(xù)模式，在Toff期間，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：

　　采用普通的鋁電解電容，此類電容在開關(guān)頻率低于500kHz，且RoCo大于開關(guān)管的關(guān)斷和導(dǎo)通時間的一半時，輸出紋波僅由ESR（Ro）決定。

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

　　濾波電容采用零ESR或低ESR電容，自身阻容形成的零點（1/2πRest×C）較高，但對環(huán)路設(shè)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(shè)計難度。如圖2、圖3所示。

　　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=0.1 Ω。

　　ESR超過0.1Ω，紋波電壓會增加。

　　通過本文的介紹，相信大家對于使用SABER雙管正激來進行模擬的控制環(huán)路設(shè)計以及主電路參數(shù)詳細(xì)設(shè)置有了進一步的了解。