推挽式开关电源.docx
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京理工大学］现代开关器件结课论文推挽式开关电源分析姓 名：［闫耀程］学 号：［0810190142］指导教师：［吕广强］2011.11目录作业要求 2电路原理图 2电路原理分析 3控制方法分析 4基本电路的仿真 4多路直流输出电路仿真 7工频输入直流输出实现 11总结与体会 14参考文献 15作业要求：1) 画出电路图，分析原理和控制方法2) 工频220V电源输入，能够输出3路直流电源(24V30W, 12V20W, 5V5W),考虑交流侧谐波和直流侧文波电路基本原理图：推挽电路的理想化波形ton ►ow»推挽电路的工作原理:整流输出推挽式变压器开关电源，由于两个开关管轮流交替工作，相当于两 个开关电源同时输出功率，其输出功率约等于单一开关电源输出功率的两倍因 此，推挽式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高，经桥式整流或全波整 流后，仅需要很小的滤波电感和电容，其输出电压纹波就可以达到非常小推挽 电路中两个开关S1和S2交替导通，在绕组N1和N'l两端分别形成相位相反的交 流电压，改变占空比就可以改变输出电压S1导通时，二极管VD1处于通态，电感 L的电流逐渐上升S2导通时，二极管VD2处于通态，电感L的电流也逐渐上升。
当两个开关都关断时，VD1和VD2都处于通态，各分担一半的电流S1和S2断态时 承受的峰值电压均为2倍UiS1和S2同时导通，相当于变压器一次侧绕组短路， 因此应避免两个开关同时导通每个开关的占空比不能超过50%，还要留有死区输出电压：滤波电感L电流连续时：Uo _ L 2tonU N i T输出电感电流不连续时，输出电压Uo将高于上式的计算值，并随负载减小而 升高，在负载为零的极限情况下，U =丛U -o N1 '由于推挽式变压器开关电源中的两个控制开关K1和K2轮流交替工作，其输出 电压波形非常对称，并且开关电源在整个工作周期之内都向负载提供功率输出， 因此，其输出电流瞬间响应速度很高，电压输出特性很好推挽式变压器开关电 源是所有开关电源中电压利用率最高的开关电源，它在输入电压很低的情况下， 仍能维持很大的功率输出，所以推挽式变压器开关电源被广泛应用于低输入电压 的DC/AC逆变器，或DC/DC转换器电路中推挽式开关电源经桥式整流或全波整流后，其输出电压的电压脉动系数Sv和 电流脉动系数Si都很小，因此只需要一个很小值的储能滤波电容或储能滤波电感, 就可以得到一个电压纹波和电流纹波都很小的输出电压。
因此，推挽式开关电源 是一个输出电压特性非常好的开关电源另外，推挽式开关电源的变压器属于双极性磁极化，磁感应变化范围是单极性 磁极化的两倍多，并且变压器铁心不需要留气隙，因此，推挽式开关电源变压器 铁心的导磁率比单极性磁极化的正激或反式开关电源变压器铁心的导磁率高很多 倍；这样，推挽式开关电源变压器初、次级的线圈匝数可比单极性磁极化变压器 初、次级的线圈匝数少一倍以上所以，推挽式开关电源变压器的漏感以及铜阻 损耗都比单极性磁极化变压器小很多，开关电源的工作效率很高推挽式开关电源的两个开关器件有一个公共接地端，相对于半桥式或全桥式开 关电源来说，驱动电路要简单很多，这也是推挽式开关电源的一个优点半桥式以及全桥式开关电源都有一个共同缺点，就是当两个控制开关K1和K2 处于交替转换工作状态的时候，两个开关器件会同时出现一个半导通区，即两个 控制开关同时处于接通状态；这是因为开关器件在开始导通的时候，相当于对电 容充电，它从截止状态到完全导通状态需要一个过渡过程；而开关器件从导通状 态转换到截止状态的时候，相当于对电容放电，它从导通状态到完全截止状态也 需要一个过渡过程；当两个开关器件分别处于导通和截止的过渡期间，就会同时 出现半导通状态，此时，相当于两个控制开关同时接通，会对电源电压产生短路, 在两个控制开关的串联回路中将出现很大的电流，而这个电流并没有通过变压器 负载。
因此，在两个控制开关K1和K2分别处于导通和截止的过渡期间，两个开 关器件将会产生很大的功率损耗而推挽式开关电源不会存在这种损耗因为，当控制开关K1将要关断的时候, 开关变压器的两个初级线圈N1绕组和N2绕组都会产生反电动势，而N2绕组产生 的反电动势正好与输入电流的方向相反；此时，即使是K2开关器件处于半导通或 全导通状态，在短时间内，在K2组成的电路中都不会出现很大的工作电流，并且 在电路中，两个控制开关也不存在直接串通的回路；因此，推挽式开关电源不会 像半桥式，以及全桥式开关电源那样出现两个控制开关同时串通的可能性，这也 是推挽式开关电源的一个优点推挽式开关电源的主要缺点是两个开关器件需要很高的耐压，其耐压必须大于 工作电压的两倍，因此，推挽式开关电源在220V交流供电设备中很少使用另外, 直流输出电压可调整式推挽开关电源输出电压的调整范围比反激式开关电源输出 电压的调整范围小很多，并且需要一个储能滤波电感；因此，推挽式开关电源不 宜用于要求负载电压变化范围太大的场合，特别是负载很轻或经常开路的场合推挽式开关电源的变压器有两组初级线圈，对于小功率输出的推挽式开关电源 是个缺点，对于大功率输出的推挽式开关电源是个优点。
因为大功率变压器的线 圈绕组一般都用多股线来绕制，因此，推挽式开关电源的变压器的两组初级线圈 与用双股线绕制没有根本区别，并且两个线圈与单个线圈相比可以降低一半电流 密度电路的控制原理：由于电路的要求主要控制器件以MOSFET或IGBT为主，本次仿真采用的是IGBT, 大多数IGBT的控制方法是以多个支路输出电压的加权和作为反馈变量调节原边开 关管的占空比，从而实现各支路的稳压输出，或直接采用矩形波脉冲发生器来控 制，由于本次的仿真重点不在于反馈控制，所以主要是用矩形波脉冲发生来控制 IGBT，这里不多做解释，在下面的仿真电路中会有解释推挽电路仿真及解析：电路中的负载部分加了一个1欧的电阻，输入端为直流100V直流电源，输出的电 压的值为0.0782V，电流的值为0.07819A，仿真出的波形:IGBT1的触发电压与电压电流波形：IGBT2的触发电压与电压电流波形:可以看出本次仿真的占空比设为45%，小于所规定的50%，可以保证输出电流的 连续，并且留有死区时间，所以可以看出波形还是符合理论波形变压器的参数设置如下图:IGBT1的的脉冲冲波器的J参数设^如 IFhase de_E?_ Isecs,-:ParazaetexEPulze type:Tiae tasedTime (t}:Use siEulatio-R tizieArnplitude :rrr流过变压器二次侧的电流及输出电压和电流的波形如下:工频输入整流，多路直流电源输出根据要求工频220V的交流电源输入，而推挽式电路的输出要求的输入为直流电 源,所以对于220V的工频电源，先进行交流变直流的整流的输出，设计电路如下:DisplayCurrent MeasurementDetailed Th'Pulse■ GicnEfiatur占(^) AC Voltage Source¥PulseGeneratcxlDetailed ThyristorDiodelDiode3Series RLC Branch2Tistorl 输出的近似直流电流为：200A，输出电压近似值为200V三路直流电源输出1，24V30W的直流电源输出由公式乙 丛2ton，计算可以得出，输入为200V,输出为24V时，可以得出 U. N, Ti 1变压器的变比为15:2，由此可以得出输出电压，再通过调试负载，电感，的值，可以得出电流的值为1.25A，由此来实现30W的输出: 仿真电路如下：此时变压器的的参数设置为：oar 1 guHarioR rtn tujt Lti t. havanceaUnits: puNoziinal power and fiEQuency _Pn(¥JL； fn ]:输出端的波形，变压器二次侧的二极管的波形通过积分电路求得，输出端电压平均值为24.21V,电流平均值为1.281A,可以求 得功率为30.9W,基本符合要求，此时负载电阻为19.2 欧,可以测得当负载为300 欧时，电压值在27.7V，负载为0.1欧时，电压值为19.44V，所以当负载在0.1~300 欧时，输出电压的值能稳定在24V左右，正负偏差不超过4V2，12V20W直流电压输出由公式乙丛纭，计算可以得出，输入为200V，输出为12V时，可以得出U. N, Ti 1变压器的变比为15:1，由此可以得出输出电压，再通过调试负载，电感，的值， 可以得出电流的值为1.67A，由此来实现20W的输出:仿真电路图如下:Series R.LC Branch5■ DC Voltage Source
