基于SABER仿真器的雙管正激參數(shù)及控制環(huán)路的設(shè)計

1、基于SABER仿真器的雙管正激參數(shù)及控制環(huán)路的設(shè)計    目前，正激變流器在中、大功率場合得到廣泛的應用，但單管正激變換器的開關(guān)管承受兩倍輸入電壓應力，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。

2、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，

3、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。1 電路結(jié)構(gòu)    雙管正激拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示，工作原理為：VT1、VT2同時導通，同時關(guān)斷；VT1與VT2導通時，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，輸出電流由快恢復二極管VD4續(xù)流，同時變壓器原邊繞組的勵磁電流經(jīng)VD1UiN-VD2向電源反饋能量。由于VD1與VD2的箝位，VT1與VT2的開關(guān)應力等于電源電壓。與單管正激電路相比，多用一個開關(guān)管，電壓應力為單管的一半，不存在漏感尖峰，變壓器無需磁通復位繞組，適用于較高輸入電壓的中、大功率等級場合。2 控

4、制環(huán)路的設(shè)計方法    系統(tǒng)穩(wěn)定的條件：系統(tǒng)回路開環(huán)BODE圖，在剪切頻率處幅值斜率為-20dBdec，且至少有45°的相位裕度。    控制環(huán)路的設(shè)計步驟：    (1)根據(jù)應用要求設(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c，對電源產(chǎn)品，剪切頻率通常為開關(guān)頻率的14或者15。    (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

5、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-20dBdec，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。3 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。    1)主要技術(shù)要求    輸入：AC220V(DC=265V(220310V)&

6、#160;   輸出：48V 055A；    波紋電壓：01V； 波紋電流：1A；    效率：085；開關(guān)頻率：100kHz；    變壓器原副邊比n=2；Uout=4885V(二極管)； 占空比：    2)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。    (1)濾波電感    流經(jīng)

7、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05A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。            （2）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，根據(jù)文獻3，此類電容在開關(guān)頻率低于500kHz，且RoCo大于開關(guān)管的關(guān)斷和導通時間的一半時，輸出紋波僅由ESR(Ro)決定。  

8、60;    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(12Rest×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3、圖4所示。    考慮電容的發(fā)熱影響壽命，取22F。    電容的ESR值的最大值為    ESR(max)=U/I=01

9、l=01     ESR超過01，紋波電壓會增加。4 使用SABER對開環(huán)仿真    在SABER中建立平均模式雙管正激的模型，如圖5所示。    下表為圖5模型使用的主要模塊及參數(shù)：    開環(huán)BODE圖如圖6所示，其剪切頻率處的相角為-160°，相位裕度為20°，又剪切頻率處的幅值斜率為40dBdec，因此需要補償。另外25kHz(14開關(guān)頻率)處的幅值為355dB。5 根據(jù)開環(huán)BODE圖設(shè)計補償器    雙管正激補償器采

10、用2型誤差放大器電路。如圖7所示。    其傳遞函數(shù)為：      一個零點fz=12R2C1，一個極點fp=12R2C2；設(shè)計時，將剪切頻率設(shè)為14開關(guān)頻率；零點頻率設(shè)為14濾波器諧振頻率，增加中頻段相位裕度；極點頻率設(shè)為濾波電容自身容阻頻率，增加高頻段的衰減。R2R1設(shè)為14開關(guān)頻率處的負增益；RS1，RS2按照采樣網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，因此：     計算結(jié)果，選用國標系列值：        使用SABER得出補償后的開環(huán)BODE圖如圖8所示，注意在SABER進行小信號分析前，需微調(diào)占空比參考電壓，使比較器反相輸入端靜態(tài)工作點在5V，否則可能飽和。    可見，系統(tǒng)已校正為I型，剪切頻率為25kHz，幅值斜率為-20dBdec，相位裕度遠遠大于45°。    用SABER進行