（电力电子与电力传动专业论文）class+e变换器控制特性及磁集成技术的研究.pdf

n a n j i n gu n i v e r s i t yo f a e r o n a u t i c sa n da s t r o n a u t i c s 砀eg r a d u a t es c h o o l c o l l e g eo f a u t o m a t i o ne n g i n e e r i n g i jl|rli|jililllliff|11i删iii y 1812 0 5 0 c o n t r o lc h a r a c t e r i s t i c sa n d m a g n e t i c i n t e g r a t i o nt e c h n i q u e sf o rc l a s se c o n v e r t e r a t h e s i si n e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g b y q i a nh a i a d v i s e db y p r o f e s s o rc h e nq i a n h o n g s u b m i t t e di np a r t i a lf u l f i l l m e n t o ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g j a n u a r y , 2 0 1 0 t h i sw o r ki ss u p p o r t e db y n a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n aa n da w a r dn u m b e r ：5 0 5 0 7 0 0 9 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名：牲 日 期：立脚 情况等优点， 到广泛的关注 工作原理，研 为了减小磁性 元件的体积、重量、提高变换器的功率密度，磁集成技术被引入到隔离的c l a s se 变换器中。 为了对c l a s se 变换器进行合理地设计，本文详细分析c l a s se 变换器中参数的定量化关系 并讨论电路参数对变换器性能的影响。同时本文针对变输入及变负载两种工作情况，为了实现 该变换器的输出稳定以及软开关，用图解法以及计算机编程求解的方法分析了两种情况下的控 制方法。 为了说明c l a s se 交换器参数设计方法的正确性和电路控制方法的有效性，完成了一台2 1 w 原理样机的制作，给出了实验结果，实验结果证明了原理分析的正确性。 针对含变压器的c l a s s e 变换器，本文分析了激磁电感对c l a s se 变换器的影响，给出了利 用漏感以及独立绕组的两种磁集成方法。用a n s o f t 软件对利用漏感集成的多种绕组分布结构的 变压器进行了仿真分析；对利用独立绕组两种同名端连接方法的集成磁件，建立了等效电路模 型，利用端口阻抗关系直接求出电路模型的参数，完成了集成磁件的设计。 在电气性能相同的原则下，完成了2 1 w 的分立磁件和集成磁件原理样机的制作，给出了实 验结果，实验结果证明了原理分析的正确性。与分立磁件相比，采用独立绕组集成磁件的体积 和重量减少了近5 0 ，且效率有所提高。 关键词：c l a s se 变换器，控制方法，z v s ，输出稳定，集成磁件，分立磁件 c l a s se 变换器控制特性及磁集成技术的研究 a b s t r a c t d u et ot h es i m p l i c i t ya n dh i g l le f f i c i e n c y , c l a s sec o n v e r t e r sh a v eab r i g h tf u t u r e ，e s p e c i a l l yi n t h eh i 【g hs w i t c h i n gf r e q u e n c ya p p l i c a t i o n a tp r e s e n t ，c l a s sec o n v e r t e r sa r ec o n c e r n e da n da p p l i e di n l i g h t i n g ，h i g h - 矗e q u e n c yi n d u c t i o nh e a t i n ga n dr a d i of r e q u e n c yf i e l d s c l a s sec o n v e r t e ri sd e t a i l l y s t u d i e di nt h i st h e s i s b a s i cp r i n c i p l ea n dc o n t r o lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ec l a s sec o n v e r t e ra r ep r e s e n t e d t h e r ea r em o r em a g n e t i cc o m p o n e n t si nc l a s sec o n v e r t e rw i t ht r a n s f o r m e r , s oi m ( i n t e g r a t e d m a g n e t i c ) t e c h n o l o g yi si n 2 0 d u c e di n t oi ti no r d e rt or e d u c et h em a g n e t i cc o r es i z ea n di m p r o v et h e p o w e rd e n s i t y i no r d e rt od e s i g nt h ec l a s sec o n v e r t e rp r o p e r l y , t h eq u a n t i t a t i v er e l a t i o n s h i p sa r ea n a l y z e di n d e t a i la n dt h ei n f l u e n c eo f p a r a m e t e r so nt h ec i r c u i tp e r f o r m a n c ei sd i s c u s s e d t h e n ，i no r d e rt or e a l i z e t h ez v s ( z e r ov o l t a g es w i t c h i n g ) a n ds t e a d yo u t p u t ，g r a p h i ca n dc o m p u t e rp r o g r a m m i n gm e t h o d s a r ep r e s e n t e dt oa n a l y z et h ec o n t r o lm e t h o do nv a r i a b l ei n p u ta n dv a r i a b l el o a dc o n d i t i o n a p r o t o t y p eo f2 1 w i sb u i l ti nt h el a bt ov e r i f yt h ec o r r e c t n e s so ft h ed e s i g np r o c e d u r ea n dt h e v a l i d i t yo ft h ec o n t r o lm e t h o d e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h ev a l i d i t yo ft h e o r e t i c a la n a l y s i s t h ei n f l u e n c eo fm a g n e t i z i n gi n d u c t a n c eo nt h ec l a s sec o n v e g e ri sa n a l y z e d t w oi mm e t h o d s o ft h ec l a s sec o n v e r t e rw i t ht r a n s f o r m e ra r ep r e s e n t e di nt h i st h e s i s s e v e r a ls t r u c t u r e so fi m t r a n s f o r m e rw i t hl e a k a g ei n d u c t o ri ss i m u l a t e db ya n s o f t t h ee q u i v a l e n tc i r c u i t so ft w ok i n d so fl m t r a n s f o r m e r sa r ed e r i v e d t h ee q u i v a l e n tc i r c u i t s p a r a m e t e r sc a nb es o l v e dd i r e c t l yu s i n gt h e r e l a t i o n s h i po ft h ep o r t s i m p e d a n c e t h e nt h ed e s i g no fl mi sf m i s h e d f i n a l l y ，w i t ht h es a m eg i v e ns p e c i f i c a t i o n , t w op r o t o t y p e sr a t e d21 ww i t hd i s c r e t em a g n e t i ca n d i n t e g r a t e dm a g n e t i ca r eb u i l ti nt h el a b ，r e s p e c t i v e l yt ov e r i f yt h et h e o r e t i c a la n a l y s i s c o m p a r e dt ot h e d i s c r e t em a g n e t i c ，t h ec o r ev o l u m ea n dw e i g h tc a nb er e d u c e db yn e a r l y5 0p e r c e n tw i t ht h e i n d e p e n d e n tw i n d i n gi n t e g r a t e dm a g n e t i c ，a n da l s ot h ee f f i c i e n c yi si m p r o v e ds l i g h t l y k e yw o r d s ：c l a s sec o n v e r t e r c o n t r o lm e t h o d ，z v s ，s t e a d yo u t p u t ，i n t e g r a t e dm a g n e t i c s ，d i s c r e t e m a g n e t i c i i 学位论文 图表清单。 注释表 第一章绪论1 1 1 功率放大器概述1 1 2 功率放大器的分类1 1 2 1 线性功率放大器一1 1 2 2 开关功率放大器5 1 2 3 开关线性复合功率放大器6 1 3c l a s se 变换器的应用与研究现状7 1 3 1c l a s se 变换器的应用。7 1 3 2c l a s se 变换器的研究现状8 1 4 本文研究意义及内容一9 1 4 1 本文研究的意义一9 1 4 2 本文研究的内容9 第二章c l a s se 变换器的参数关系及控制特性1l 2 1 引言1 1 2 2c l a s se 变换器工作原理11 2 2 1 模态分析n 2 2 2c l a s se 变换器参数的定量化分析1 3 2 2 3c l a s se 变换器参数设计方法1 7 2 3 电路参数变化对电路特性的影响2 l 2 3 1 并联电容导纳b 变化21 2 3 2 开关频率厂变化2 2 2 3 3 负载电阻忌变化2 3 2 3 4 占空比d 变化2 4 2 4c l a s se 变换器的控制特性的研究2 5 1 1 1 f t i t t t t - c l a s se 变换器控制特性及磁集成技术的研究 2 4 1 变输入定负载条件下的控制特性2 5 2 4 1 1p f m 控制方法2 5 2 4 1 2p w m 控制方法2 6 2 4 2 加阻抗匹配网络后变负载条件下的控制特性2 8 2 4 2 1 阻抗匹配网络2 8 2 4 2 2p f m 控制方法一3 2 2 4 2 3p w m 控制方法。3 2 2 5 本章小结3 3 第三章2 1 wc l a s se 变换器的实验验证3 4 3 1 引言3 4 3 2c l a s se 变换器的参数的设计3 4 3 3 变输入定负载条件下的实验结果3 5 3 3 1p f m 和p w m 两种控制方法的实验比较3 5 3 3 2p f m 控制方法下的实验与理论的比较3 8 3 4 加阻抗匹配网络后变负载条件下的实验结果3 8 3 4 1p f m 和p w m 两种控制方法的实验比较3 8 3 4 2p f m 控制方法下的实验与理论的比较4 l 3 5 本章小结4 2 第四章磁集成c l a s se 变换器的设计一4 3 4 1 引言4 3 4 2 变换器设计指标4 4 4 3 分立磁件电路参数设计4 4 4 3 1 激磁电感对电路的影响4 4 4 3 2 主要参数设计4 5 4 4n 乃磁集成方案的选取。4 6 4 4 1 集成方法l 一利用变压器漏感4 6 4 4 2 集成方法2 一利用独立绕组4 6 4 5 利用漏感的集成磁件设计方案分析4 7 4 5 1 选用e e l 3 磁芯作为集成磁件4 7 4 5 2 选用e e 2 5 磁芯作为集成磁件4 8 4 6 利用独立绕组的集成磁件设计方法5 3 4 6 1 集成磁件的等效电路5 3 i v 位论文 5 4 5 4 ! ；6 ：；7 ! ；7 ! ；8 ! ；9 5 1 引言5 9 5 2 主电路主要参数5 9 5 3 实验结果5 9 5 4i m 和d m 方法比较。6 0 5 5 本章小结6 l 第六章总结与展望6 2 6 1 本文的主要工作6 2 6 2 下一步要做的工作6 2 参考文献6 3 致谢6 8 在学期间的研究成果及发表的学术论文。6 9 附录a 7 0 附勇毛b 7 2 v c l a s se 变换器控制特性及磁集成技术的研究 图表清单 图1 1a 类变压器耦合功率放大器2 图1 2b 类互补推挽电路一3 图1 3a b 类互补推挽电路3 图1 4s 类放大电路一4 图1 5c 类放大电路4 图1 6d 类放大电路5 图1 7 e 类放大电路5 图1 - 8f 类放大电路。6 图1 9 串联型线性开关复合功放原理框图6 图1 1 0 并联型线性开关复合功放原理图7 图1 1 1 各状态工作波形。8 图1 1 2p l l 控制的c l a s se 变换器9 图2 1c l a s se 变换器的基本电路1 l 图2 2c l a s se 变换器的基本波形1 2 图2 3 0 ，d 刀模态等效电路1 2 图2 4p l7 1 模态等效电路1 2 图2 5c l a s se 变换器的等效电路1 3 图2 6 变坐标轴后c l a s se 变换器的工作波形1 4 图2 7 开关管电压电流波形18 图2 8 开关管电压电流应力与y 之间的关系1 9 图2 9 只与y 之间的关系一1 9 图2 1 0b 与开关管漏源极电压和电流的关系2 l 图2 1 1 占与效率，7 以及输入输出功率的关系2 2 图2 1 2 厂与开关管漏源极电压和电流的关系2 2 图2 1 3 ，与效率7 7 以及输入输出功率的关系2 2 图2 1 4 足与开关管漏源极电压和电流的关系2 3 图2 1 5r 与效率7 以及输入输出功率的关系2 3 图2 1 6d 与开关管漏源极电压和电流的关系2 4 图2 1 7d 与效率7 7 以及输入输出功率的关系2 4 v i 南京航空航天大学硕士学位论文 图2 1 8 计算厂的程序流程图2 6 图2 1 9 漏源极电压及输出电压与频率的关系图( 变输入电压、p f m 控制) 。2 6 图2 2 0 漏源极电压及输出电压与占空比的关系( 厂= f o = 1 ) 2 7 图2 2 1 漏源极电压及输出电压与占空比的关系( 厂= 1 0 5 5 五) 。2 8 图2 2 2 工一c 一尼串联谐振网络及对应的阻抗匹配网络1 。2 8 图2 2 3 恐和r 的关系3 0 图2 2 4 c 尼串联谐振网络及对应的阻抗匹配网络2 3 0 图2 2 5l c 足串联谐振网络及对应的阻抗匹配网络3 。3 l 图2 2 6l c 兄串联谐振网络及对应的阻抗匹配网络4 3 1 图2 2 7 漏源极电压及输出电压与频率的关系图( 变负载、p f m 控制) 。3 2 图2 2 8 漏源极电压及输出电压与占空比的关系图( 厂= 兀) 3 3 图3 1p f m 控制、输入电压1 2 v 时相关波形。3 5 图3 2p f m 控制、输入电压1 5 v 时相关波形。3 5 图3 3p f m 控制、输入电压1 7 v 时相关波形3 6 图3 4p f m 控制、输入电压2 0 v 时相关波形。3 6 图3 5p w m 控制、输入电压1 5 v 时相关波形( 厂= 5 0 0 k h z ) 3 6 图3 6p w m 控制、输入电压1 7 v 时相关波形( 厂= 5 0 0 l d - i z ) 3 7 图3 7 p w m 控制、输入电压1 6 v 时相关波形( 厂= 5 4 2 k h z ) 3 7 图3 8p w m 控制、输入电压15 v 时相关波形( 厂= 5 4 2k h z ) 3 7 图3 9 开关管电压应力及开关频率与输入电压的关系3 8 图3 1 0 见= 3 9 5 f l 时效率随输入电压变化曲线3 8 图3 1 11 2 v 输入p f m 控制、负载电阻3 9 5 f 1 时相关波形3 9 图3 1 21 2 v 输入p f m 控制、负载电阻7 9 f l 时相关波形。3 9 图3 1 31 2 v 输入p f m 控制、负载电阻11 4 f l 时相关波形3 9 图3 1 41 7 v 输入p f m 控制、负载电阻3 9 5 f l 时相关波形4 0 图3 1 51 7 v 输入p f m 控制、负载电阻7 9 f l 时相关波形4 0 图3 1 61 7 v 输入p f m 控制、负载电阻1 1 4 1 2 时相关波形4 0 图3 1 71 2 v 输入p w m 控制、负载电阻3 9 5 f l 时相关波形( 厂= 5 0 0 k i q _ z ) 4 1 图3 1 81 2 v 输入p w m 控制、负载电阻1 1 4 f l 时相关波形( 厂= 5 0 0 k h z ) 4 1 图3 1 91 2 v 输入开关管电压应力及开关频率与负载电阻的关系4 l 图3 2 01 2 v 输入效率随负载变化曲线4 2 图4 1 隔离型c l a s se 变换器4 3 v i l c l a s se 变换器控制特性及磁集成技术的研究 图4 2 隔离型c l a s se 变换器折合到原边的等效电路4 4 图4 3 电路等效4 4 图4 4 利用漏感集成磁件结构示意图4 6 图4 5 利用独立绕组集成磁件结构示意图4 7 图4 6e e l 3 磁芯变压器剖面图模型及磁通分布图。4 7 图4 7e e l 3 磁芯a n s o f t 仿真结果4 8 图4 8e e 2 5 磁芯变压器剖面图模型及磁通分布图( 方案一) 4 8 图4 9e e 2 5 磁芯a n s o f t 仿真结果( 方案一) 4 9 图4 1 0e e 2 5 磁芯变压器剖面图模型及磁通分布图( 方案- - ) 4 9 图4 11e e 2 5 磁芯a n s o f t 仿真结果( 方案二) 一4 9 图4 1 2e e 2 5 磁芯变压器剖面图模型及磁通分布图( 方案- - ) 5 0 图4 1 3e e 2 5 磁芯a n s o f t 仿真结果( 方案- - ) 5 0 图4 1 4e e 2 5 磁芯变压器剖面图模型及磁通分布图( 方案四) 5 0 图4 1 5e e 2 5 磁芯a n s o f t 仿真结果( 方案四) 5 1 图4 1 6e e 2 5 磁芯变压器剖面图模型及磁通分布图( 方案五) 5 1 图4 1 7e e 2 5 磁芯a n s o f t 仿真结果( 方案五) 。51 图4 1 8e e 2 5 磁芯变压器剖面图模型及磁通分布图( 方案六) 5 2 图4 1 9e e 2 5 磁芯a n s o f t 仿真结果( 方案六) 5 2 图4 2 0 等效磁路图5 3 图4 2 l 集成磁件等效电路5 4 图4 2 2 两绕组变压器模型的一个最简形式5 4 图4 2 3 集成示意图1 的等效电路变形及如短路、a t ? 开路等效电路5 6 图5 1 分立式磁件、输入电压1 2 v 负载电阻1 1 4 f l 时相关波形5 9 图5 2 集成式磁件、输入电压1 2 v 负载电阻1 1 4 f l 时相关波形6 0 图5 3 分立磁件与独立绕组集成磁件对比6 1 图5 4 尼= 1 1 4 f l 时效率与输入电压的关系6 l 表5 1i m 、d m 几何尺寸及气隙的对比6 0 表5 2i m 、d m 磁件磁密参数的对比6 0 v i l l 士学位论文 勘勘 工，三o ，l ，工3 ，三5 勘 厶 工 l ，m ，飓 玎，k 乃乃乃 “f 气 召 y 屹 0 圪。 i s m 五 妒 y 骁 辅助电源 旁路电容 谐振电容 滤波电容 二极管 开关频率 原边电流有效值 副边电流有效值 扼流圈电感 谐振电感 滤波电感 漏感 激磁电感 变压器匝数 变压器匝比 三极管 输入小信号 开关管开通时刻 开关管关断时刻 旁路电容c l 导纳 开关管关断时间一半 开关管两端电压 流过开关管电流 开关管两端电压最大值 流过开关管电流最大值 输入电流 相位角 负载阻抗角 负载品质因数 c l a s se 变换器控制特性及磁集成技术的研究 x 开关管两端电压基波分量 开关管两端电压基波分量幅值 幅值比 输入阻抗 负载电阻 负载等效电阻 直流输入电压 输出电压 输出电压幅值 输入功率 输出功率 效率 输出功率容量 磁集成技术 分立磁件 集成磁件 零电压开关 磁通密度 磁芯截面积 磁芯窗口面积 磁芯最高工作磁密 磁芯饱和磁密 磁芯有效匝长 磁芯体积 各磁柱磁通 各磁柱磁阻 巧 户心凡咫 靠只 叩 九吩 r f s 1 7 勺姗蹦m鹏曲 以钆毋厶圪护 压控制作用，将直流输入按照 偏转线圈等负载。音频类设备 号为不同振幅和不同频率的交 的应用领域的特点相应对其提 出了高保真、高动态性能以及高效率的需求。 目前，功率放大器作为扬声器的驱动在可携式产品、家庭a v 设备、专业影音、汽车音响、 平板电视、媒体播放器和笔记本电脑等音频领域已经得到广泛的应用【卜5 】，但其应用领域不仅仅 局限在音频领域，在高频领域也得到越来越广泛的关注和应用睁1 1 】。目前，高频功放在输出信 号频率从几十k h z 到上m h z 以上，功率从几十毫瓦至几百瓦的电源中都已经得到越来越多地 关注和应用。文献【6 ，7 】将输出频率为6 0 k h z 、功率为1 3 5 w 高频功放用做荧光灯镇流器；文献 8 ，9 】将输出频率为4 0 0 k h z 、功率为2 1w 和15 0 w 的高频功放用作荧光灯和高强度气体放电灯 的镇流器；文献【1 0 】中高频功放被用于金卤灯镇流器中，其输出信号频率为1 m h z ；文献【1 1 】中 功放被用于通信系统中，输出信号频率为1 g h z ，功率4 2 w ；文献【1 2 】中的功放频率为4 5 g h z ， 功率为1 2 0 m w 。 可以看出，功放与逆变器无论是电能变换的种类还是性能需求，都非常类似。但是功率放 大器与逆变器又有一些不同点，逆变器可以为多种负载提供能量，其负载可以为阻性负载、感 性负载、容性负载以及整流性负载等非线性负载，因此要关注其在不同负载条件下的输出波形 质量；而功率放大器一般只为特定的负载提供能量，其负载多为均为纯电阻、阻感等线性负载 1 3 1 ，相关研究中未见有功放带非线性负载的特性分析。 1 2 功率放大器的分类 按照功率放大器中晶体管的工作状态，可以将其分为线性功率放大器、开关功率放大器及 开关线性复合功率放大器。下面对这三类放大器进行介绍。 1 2 1 线性功率放大器 由于晶体管工作在线性区，因此具有输出谐波含量低、动态性能好，但是变换效率较低。 根据晶体管的偏置和导通情况，线性功率放大器可以分为a 类、b 类、a b 类、s 类、c 类功率 放大器。下面分别进行介绍。 a 类放大器，又称为甲类放大器，是指晶体管导通角度为3 6 0 度的放大器，图1 1 给出隔 c l a s se 变换器控制特性及磁集成技术的研究 离型功放的示意图。该类放大器通过电阻r i 给晶体管r 加入合适的静态偏置电流，给定交流输 入信号经电容c l 输加到晶体管t 的基极【1 4 1 。可用一只晶体极管同时放大信号的正、负半周。 假设该电路输入信号= s i n o j t ，静态工作点电流为岛，负载上的输出信号电压幅值为， 输出信号的电流幅值为乙，晶体管t 的交流电压幅值和电流幅值分别为u a 、l 。在驱动充 分的条件下，l 绕组上的最大电压幅值吒= 筹= 圪，= k 筹= 等筹，则输出功率 为。 只= 等隽= 三= 三罢筹 n ， 直流电源的输入功率为： 最= 去r 7 圪。砌= 去r k ( 如+ l s i n v o t ) d a ，t = k k ( 1 2 ) a 类功放电路的效率为： 叩2 杀2 三冬 m 3 ， 由于电流l 不能超过静态工作点电流为，否则输出波形将出现失真。由上式可知a 类 功率放大器的最大效率为5 0 ，实际效率仅为3 0 一4 0 【1 4 1 ，但变换器信号失真小。 图1 1a 类变压器耦合功率放大器 b 类放大器，又称为乙类放大器，是指晶体管导通角度为1 8 0 度的放大器，如图1 2 所示。 该类放大器不给三极管加静态偏置电流，且用两只性能对称的晶体管分别放大信号的正、负半 周，再在放大器的负载上将正、负半周信号合成一个完整的周期信号【1 4 1 。 该类放大器的输出功率为： 只= 告隽毛l = j i 百u , m 2 ( 1 4 ) 直流电源输入功率为： 圪= 2 去r 砭砌r = 昙k r 。ls i n 彩掰国r = 昙k = 弓 ( 1 5 ) 其变换效率为： 刁= 丢= 三号 n 6 ， 南京航空航天大学硕士学位论文 图1 2b 类互补推挽电路 由于吒的最大值约为圪，因此b 类功率放大器的最大效率为7 8 5 ，实际工作效率为4 0 6 0 【1 4 1 。 b 类放大器并不能使输出波形很好地反映输入的变化，当输入信号hi 低于晶体管的门坎 电压时，晶体管乃和乃都截止，负载电阻上没有电流流过，出现一段死区，产生交越失真。 a b 类放大器，又称为甲乙类放大器，就是为避免和减小交越失真，外加偏置电压，克服 门坎电压的影响，使晶体管导通角度大于1 8 0 度的放大器。可以通过用二极管提供偏置以及用 u s e 倍增电路提供偏置的方法来满足偏置电压的要求。用二极管提供偏置的方法，如图1 3 ( a ) 所示，在两基极间加上二极管，以供给乃和乃一定的正偏，使两管在静态时都处于微导通状 态。当信号按正弦波规律变化时，由于d l 、d 2 的交流电阻很小，因而b l 和如之间几乎仅有直 流压降且近似为一恒定值，即u b e i i - u b e 2 近似为一恒定值。所以当输入信号“f 进入负半周时，乃 的倒相作用b l 电位升高，i b l 将增大，乃的发射极给出更多的电流形成输出信号的正半周；以此 同时，由于垃l 的增大，u b e 。也要增大，则u b e 2 就减小，即如要减小，到了一定程度后，乃截 止。同理，在输入信号”f 进入正半周时，6 2 的点位逐渐下降，则谊增大，珏。减小，疋的发射 极电流形成信号的负半周，i n l 逐渐下降到零，乃趋于截止。用u b z 倍增电路提供偏置的方法， 如图1 3 ( b ) 所示，用由垦，r 2 及z l 组成的倍增电路来取代二极管，当乃处于放大区时， ( a ) 用二极管提供偏置( ”用u b e 倍增电路提供偏置 图l ，3 a b 类互补推挽电路 3 c l a s se 变换器控制特性及磁集成技术的研究 其发射结电压u 斟近似为一常数，若使乃的基极电流j 五远小于流过r l ，r 2 的电流，则有 = 些刊掣，调整电阻r l ，足2 的值就可满足偏置电压的要求。图1 3 ( a ) 中乃和死以及图 几2 1 3 ( b ) 中乃和乃在一周内的导电时间都比半个周期多一些，即有一定的交替时间，因此他们工 作在a b 类状态【1 4 】。该类放大器广泛应用于音频放大电路。在实际应用中为提高效率，在设置 偏置电压时，应尽可能接近b 类。 考虑到a 类功放在小信号、低功率输出时，因输出谐波小更具优势；b 类功放在大信号、 大功率输出时，因交越失真影响小、高效而更具优势。1 9 8 2 年a u b r e ys a n d m a n 提出了s 类放 大器，如图1 4 所示，将a 类放大器和b 类放大器巧妙地用惠斯登电桥耦合起来，大大减少了 交越失真【l 卯。该类放大器利用惠斯登电桥平衡原理，a 类放大器后级电路等效成一个无穷大的 阻抗的负载，因此a 类放大器始终工作在等效负载无穷大的情况下。当输入信号为大信号时， 负载电流由b 类放大器提供；当输入信号为小信号时，负载电流由a 类放大器提供。这样，s 类放大器就能兼顾a 类放大器低失真和b 类放大器较高变换效率的优点。 ! f 图1 4 s 类放大电路 c 类放大器，又称为丙类放大器，是指晶体管导通角度小于1 8 0 度的放大器【珏1 7 1 ，如图1 5 所示。该放大器加入一定的偏压，使晶体管丁的导通时间小于1 8 0 度。由于晶体管在线性区 工作的时间变短，c 类放大器的变换效率要高于b 类变换器，通常为6 0 一8 0 【1 7 1 。 4 图1 5 c 类放大电路 曰+ o 如果进一 到1 0 0 ， 关状态， 关状态， ，实际效 体积，可 况，需要 同时晶体 管工作在开关模式，因此该放大器会产生电磁干扰的问题。目前所研究的大多数开关逆变器均 属于d 类功率放大器。目前针对d 类放大器开展的软开关技术要么利用感性负载1 2 1 或者外加 电路或控制实现开关管电压谐振过零，这些方法不能用于输出为几百k h z 甚至上m h z 的应用 场合。 图1 6 d 类放大电路 + u o 图1 7 e 类放大电路 e 类放大器，又称c l a s se 变换器，就可以保证高频输出场合实现软开关。图1 7 给出c l a s s e 变换器的基本电路，其中匆为扼流圈电感，c l 为旁路电容，l - c - r 。组成谐振回路。该放大器 在1 9 7 5 年由n o s o k a l 和a d s o k a l 提出，其晶体管工作状态与d 类放大器相同，为开关方式 【2 叫2 1 ，在晶体管导通期间，谐振回路由、c 、尺。组成；在晶体管关断期间，谐振回路由、c 、 5 c l a s se 变换器控制特性及磁集成技术的研究 c l 、心组成。该类放大器电路结构简单，变换效率高，在开关频率i m h z ，输出功率3 4 w ，效 率达到8 7 【3 2 1 ，适合于高频甚至于上m h z 的超高频工作情况，具有良好的应用前景【2 8 3 6 4 h 6 】。 f 类放大器，如图1 8 所示，晶体管工作在开关状态，结构与c