恒流脉冲波的设计_学士学位论文(编辑修改稿)

恒流脉冲波的设计_学士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

高电源供电可靠性。 低噪声。 开关电源的缺点之一是噪声大，单纯地追求高频化，噪声也会随之增大。 采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声，所以，尽可能降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。 采用计算机辅助设计和控制。 采用 CAA 和 CDD 技术设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。 在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实时检测、记录并自动报警等。 低输出电压技术。 随着半导体制造技术的不断发展 ，微处理器和便携式电子设备的工作越来越低，这就要求未来的 DCDC 变换器能够提供低输出电压以适应微处理器和便携式电子设备的供电要求。 开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关，高频化的 毕业设计（论文）说明书 共 38 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 5 页 实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。 发展电力 M O S F E T 、 I G B T 等新型高速器件，开发高频用的低损磁性材料，改进磁元件的结构及设计方法，提高滤波电容的介电常数及降低其等效串联电阻等方面的工作，对于开关电源小型化始终产生着巨大的推动作用。 总之，人们在开关电源 技术领域里，边开发低损耗回路技术。 开关电源的分类 按驱动方式划分： (1) 他激式幵关电源。 其电源内部备有专门独立的振荡电路，与振荡器同步的控制信号驱动开关管。 单端正激式开关电源电路就是其中一例，它使用专用的脉冲宽度控制器 PWM 芯片或分立电路。 (2) 自激式开关电源。 其借助于变换器自身的正反馈控制信号，实现开关自动周期性开关。 开关管起着振荡期间和功率开关的作用。 如单管振铃扼流圈变换器，即称RCC 变换器、双管单变压器罗耶尔电路。 按控制方式划分： (1) 脉 冲宽度调制开关电源 (PWM)。 这种控制电路的特点是 ,电路的工作频率不变 ,通过改变脉冲宽度 (占空比 )实现对输出电压和输出电流的调节和控制。 目前大部分的开关电源都是采用这种控制方式对电路进行控制。 (2) 脉冲频率调制开关电源 (PFM)。 该电路的脉冲宽度 (占空比 )保持不变 ,通过改变电路的工作频率实现稳定输出电压和电流的目的 ,自激式开关电源 (3)混合型调制开关电源 (PSM)。 这种电路通过调节脉冲宽度和频率实现对输出电压和电流进行调节 ,采用这种控制电路进行设计的主要缺点是 :需要同时考虑脉宽和频率的变化 ,电路设计比较复杂。 按输入输出是否隔离划分： (1) 隔离式开关变换器。 他是高频变压器将变换器的一次侧与二次侧隔离。 主要结构有单端正激式变换器、单端反激式变换器、推挽变换器、半桥式变换器、全桥式变换器 (2) 非隔离式开关变换器。 他在电气上输入与输出不隔离的，输入与输出共用一个公共端。 主要有 BUCK 变换器、 BOOST 变换器、 GUK 变换器、 ZETA 变换器、 SEPIC变换器等。 本文主要做的工作 本文所作的工作主要分为以下四个方面 分析电流控制型 PWM 全桥拓扑电路的工作 原理。 对主电路结构进行设计 ,研究主电路中各元件的选择主要包括 :输入输出整流滤波电路、开关管选择、高频变压器设计等等。 毕业设计（论文）说明书 共 38 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 6 页 研究 UC3846 控制芯片的功能 ,对控制电路进行设计 进行理论分析和实验平台的搭建。 本论文结构 论文的主要结构如下： 介绍了课题的研究背景和开关电源的原理与发展方向。 对电压控制模式和电流控制模式的优缺点进行对比。 介绍了主电路和高频变压器的参数进行设计。 对控制电路进行具体的分析和设计。 实验结果 ,主要介绍了对实验结果的分析 ,主要有输 入整流滤波和控制电路输出的波形。 本章小结 本章主要介绍了课题的研究背景 ,并介绍了开关电源的基本原理和开关电源的分类以及发展方向 ,接着介绍了本文的主要工作和主体结构。 毕业设计（论文）说明书 共 38 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 7 页 2 开关电源的控制模式介绍 2. 1 PWM 电压控制模式 对于开关电源来说 ,开关频率通常为一设定的恒定值 ,通过控制电路来调节主电路脉冲宽度来改变占空比 ,实现稳定输出电压或电流的目的。 控制采样信号主要有输出电压、输入电压、开关管峰值电流、输出电流以及输出电感电流等等。 由这些信号可以 组成单环或多环控制系统。 这种闭环反馈控制模式称为脉冲宽度调制 (PWM)。 下面主要介绍常用的两种 PWM 控制模式 ,电压控制型和电流控制型 ,并详细分析了这两种电路的基本工作原理 ,各自的优缺点等等。 电压模式控制是最早应用于开关电源中的一种模式。 图 所示为 PWM 电压模式的原理图。 电源输出电压 Uo 与参考电压 Uerf 经误差放大器 A 比较放大后 , 又经 PWM比较器 N 比较 , 由锁存器输出占空比随误差电压信号 Ue 变化的一系列脉冲 , 再驱动控制用的开关晶体管 VT, 使输出电压 Uo 稳定。 图 PWM电压控制模式 电压模式控制的主要优点有 : 单环控制，设计简单； 较大的斜升坡幅度将提供良好噪声裕度； 低输出阻抗有利于多输出。 同时具有以下缺点： 响应慢； 补偿复杂 从反馈特点来看，在反馈回路中，只有输出电压信号被采样，并将其转化为 PWM 信号控制输出电压，因此该反馈模式被称为电压模式。 毕业设计（论文）说明书 共 38 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 8 页 PWM 电流控制模式 电流控制模式简介 以电流信号作为采样控制信号的控制电路称为电流模式控制 PWM 电流控 制模式。 图 是电流控制模式： 图 电流控制模式 由图 可见 , 它是一个双环控制系统 , 既保留了电压型控制器的输出电压反馈控制部分 , 又增加了一个反馈环节 , 它的电路工作原理是 : Uo 与 Uer f经 A 比较放大后 , 得到 Ue, 由恒频时钟脉冲置位锁存器输出脉冲驱动 VT 管导通 , 电源电路中因输出电感的作用使脉冲电流逐渐增大 , 当电流在采样电阻 Rs 上的电流信号电压 Us 幅度达到 Ue 电平时 , 脉宽比较器的状态反转 , 锁存 器复位 , 驱动撤除 , 功率管关断 , 电路逐个地检测和调节电流脉冲 , 控制电源输出。 电流控制模式的主要优点有： 具有良好的线性调整率和快速的输入输出动态响应。 消除了输出滤波电感带来的极点和系统的二阶特性 ,使系统不存在有条件的环路稳定性问题 , 具有最佳的大信号特性。 固有的逐个脉冲电流限制 , 简化了过载保护和短路保护 , 在推挽电路和全桥电路中具有自动磁通平衡功能。 多电源单元并联易于实现自动均流。 同时缺点如下： 需要双环控制 , 增加了电路设计和 分析的难度。 因电流上升率不够大 , 在没有斜坡补偿时 , 当占空比大于 50%时 , 控制环变得不稳定 , 抗干扰性能差。 毕业设计（论文）说明书 共 38 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 9 页 因控制信号来自输出电流 , 功率级电路的谐振会给控制环带来噪声。 峰值电流控制模式 针对电压控制模式的缺点 ,人们设计出了峰值电流控制模式 ,随着控制芯片技术的成熟 ,峰值电流模式得到越来越广泛的应用。 峰值电流模式是一种采用固定时钟开启、逐个峰值电流检测关断的方法。 输出电压采样信号与参考电压在误差放大器中进行比较产生误差放大信号 Vea，然后误差信 号 Vea 再与电感电流采样信号在 PWM 比较器中进行比较产生控制信号，由于电感电流直接反应了电路状态的变化，且不需要经过误差放大器，直接输入到系统的比较环，因此，峰值电流控制模式与电压控制模式相比，具有更快的响应速度，但是在占空比 D50%时，需要进行斜坡补偿。 目前补偿方式有两种： 将补偿信号叠加在电流采样信号上； 将补偿信号从误差电压信号 Vea 中减去。 峰值电流模式控制的优点有 : 暂态闭环响应比较快，对输入电压的变化和输出负载的变化瞬态响应也比较快。 控制环易于 设计 具有简单自动的磁平衡功能 具有瞬时峰值电流限流功能 峰值电流模式的缺点有： 在占空比大于 50%的时候开环工作不稳定 ,难以校正平均电流和峰值电流的对应关系 ,需要加入斜坡补偿电路。 由于存在两个反馈环路 ,电路调试复杂。 容易产生次谐波振荡。 图 峰值电流模式原理 毕业设计（论文）说明书 共 38 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊。