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分析和自我振动返驰转换器的设计摘要 -自我振动的返驰转换器是费用的一个流行的线路-由于它的单纯和低的成份计数的敏感申请。 它广泛地在行动电话休整器被雇用和如台子-被力量来源在脱机的力量补给中对于数据处理设备。 然而, 这一个线路的最佳化几乎独有地被削减运行-和-尝试方式自从它的操作之后通常不很好被了解。 这一张纸向前呈现自我振动返驰转换器的一项详细不变分析由于它的小-信号模型。设计酬劳在脱机上被呈现而且查证的控制线路和环的指导方针，台子-被,5 V 的/2-一个力量补给。 I. 介绍自我振动的返驰转换器,时常提及如充满的抗流圈转换器 (RCC),是强健, 低已经广泛地被用于低的成份-计数的线路使脱机的申请有力量。 因为线路的控制能与没有表现的损失的少许的不连续的成份一起实现, 线路的全部费用通常比雇用商业可得整合的控制的传统的 PWM 返驰转换器低。 通常，线路的操作很好地不被了解。 这主要地是由于事实：现有的文学以非常表面的样子处理线路 1-2.因此, 这一个转换器的设计通常跟随削减- 和-尝试方式, 次正在消耗程序和哪一个通常不导致被设计最佳化的。 这一张纸的目的将呈现完全的设计-导向的不变分析和小的-能被用于这一个线路的最佳化的自我振动返驰转换器的信号模型。 除此之外，控制线路的一个按部就班设计程序在脱机上被呈现而且查证,5 V 的/2-一, 台子-被力量补给。 2. 操作的分析自我振动的返驰转换器在连续的/不连续的传导模态 (CCM/DCM) 的边界操作而且利用最高的现在模态控制。 因此，线路以转变频率的一个变数操作。 控制的落实不连续地被做, 哪一个很简单，而且花费有效的自从脉膊-宽度的调节人 (PWM) 和驾驶员与一个电晶体，积极-回应卷 , 和一个电阻分配的人网络一起实现的开关以后。 在不需要紧的规则的申请中，有齐纳击穿两极管的简单回应控制可能被实现。 然而，在需要一条紧的输出规则, 像是各类型的输入的电压和负荷涌流的申请的申请中，一个错误喇叭筒时常被实现。 和输出电压控制的隔离自我振动的返驰转换器的线路图表在图 1 被显示。 变压器 T1 有 2 中级的卷: 输出卷 NS1 和积极的-回应卷 NS2. 主要部份输出 O1 被隔离, 和紧紧地管理被错误喇叭筒 E/一, 然而附加的输出 VO2 没被隔离, 而且松弛地被主要输出 VO1 完成的变压器 T1 管理. 输出电压 VO1 被感觉过有电阻 Rd1 和 Rd2, 而且对在 TL431 装置内的稳定的电压叁考在跨导类型喇叭筒 (TL431) 的输入比较了的一个电阻分配的人。 成份 EA1 ， CEA2, 和再一 1 被当作酬劳使用稳定电压控制环。 被感觉的输出电压和电压叁考之间的不同被 TL431 扩大而且经过 optocoupler IC1 反映到主要的边如错误现在的 ie, 依次发展横过电阻 RS 和射频的错误电压 Ve。 错误电压 Ve 与电压比例项一起总计转变涌流是 1 而且在 PWM 调节的人比较了, 与有两极的联接电晶体 (BJT) 一起实现 Q1, 对一个固定的电压门槛, ，在这情况，是削减 - 离开电晶体 Q1 的电压 V . 零-涌流发现成份 CZCD 和 RZCD,连同蜿蜒的 NS2 ，感觉一起,藉由一些延迟, 连续人/不连续的传导模态 (CCM/DCM) 变压器 T1 的边界, 而且递送费用给主要的开关 S1 开始开关引起强烈兴趣之物。 最后, 线路启动是酒D1 LF再一 1E/一线路图表开始了过电阻 RST,这递送费用输入来自输入的电压酒的主要开关 S1 的容量 CISS 。 自我振动返驰转换器的图 1A. 不变的操作为了要单一化被在图 1 在不变的操作期间显示的转换器的解释, 一些近似值已经被订定。 第一个近似值将疏忽变压器 T1 的漏感应系数。 这除去需要考虑横过被实现保护主要的开关 S1 免于呜响的电压的主要的蜿蜒 NP 的电压螺丝钳的行动。 第二个近似值将做模型如一个常数-现在的来源错误现在的 ie,也就是, 代替偿还错误喇叭筒 TL431, opto-耦合器的 IC1 ，电容器 CF 和电阻 Rd1 ， Rd2 ， RA 和 RB 由于常数-现在的来源 ie。 最后的近似值将疏忽主要开关 S1 的门和排水沟终端机之间的容量 CGD 并且做模型终点的门和来源 CGS 之间的容量和在如被输入的容量 CISS 和输出容量 COSS 的排水沟和来源激光唱碟之间分别地。 除了这些近似值之外, 一般假定 CO1CO2, 和 RL1CO2 暗示输出 VO2 的涟波电压比主要输出 O1 的涟波电压棒. 另外的一项假定是那次常数 RSTCISS 是加更棒的超过转变时期 TS, 也就是, RSTCISSTS。 藉由这一项假定，在不变的操作期间不理睬启动电阻圣是可能的。 最后, 它被假定改正者 D1 和 D2 是理想的也就是, 让零转寄电压下降当引导的时候。 为了促进转换器操作的解释, 图 2 表演在图 1 中的线路的十一个 topological 阶段在一个转变周期期间, 包括涌流和电压的叁考方向, 然而图 3 表演力量和控制的主要波形举行。 因为费用从主要开关 S1 的输入的容量 CISS 被电晶体 Q1 画，所以在 t=t0 之前，现在的 iQce 和电压 VCZCD 是实在 , 和 S1 正在关掉的开关。 结果, 排水沟-来源的电压 VDS 增加向在 + NVO。 当, 在 t=t0 ，电压 VDS 到达酒 + NVO, 改正者 D1 和 D2 开始引导。 在这一个阶段期间, 在图 2(一) 被显示, 使带磁力现在的 iM 从开关 S1 到输出改正者 D1 即时被使方向转换，而且 D2 自从它之后被假定变压器的漏感应系数 Llkg 是零的。 在蜿蜒的抵抗 (不在图 2 显示) 之前, 输出电容器 CO1 的选择CO2 导致电压 VO1 是大约持续的一会儿电压 VO2 增加,这造成有关于现在的 i 1 的一个现在 i 2 的较快速的减少, 如波形 (d) 所示和 (e) 图 3. 因为在这 topological 阶段改正者 D 2 期间正在引导, 横过电阻 RZCD 的电压 VRZCD 和?(V+ 相对 + VCZCD)? (VGS+ VCZCD) 自从相对后 VGS+ VCZCD 。 这GS电压经过放电电容器 CISS 和 CZCD 的电阻 RZCD 引诱现在的 iZCD 。 同时，电晶体 Q1 经过有电阻射频， RS 和 RL2 的环是远的和现在的 ie 流程。 它应该被注意那电晶体 Q1 将会在远的州只有当如果它是基础-射极的电压 VQbe 是在它下面是削减 - 离开电压 V 。 因为, 从图 2(一) ， VQbe= R i F+ 是 1R R i F 因为是 1RS R i F,eSe e电晶体 Q1 是走开在 t 0 t 期间 t ifR i F 内部的, 哪里锡矿工 =0 分贝)= 的带宽里面, 移动功能 (s)VEAVO能在杆被写-零形式当做Mdc s, z 1, z 2， p 1, Qand,在表 1 被概述. 藉由定义移动功能 (s),是GVEAVO(s)2. 设计指导方针自我振动返驰转换器的力量阶段的设计遵从很好确定的设计规则 对于在连续传导模态的边界和不连续的传导模态 (CCM/DCM) 操作, 和超出这一张纸的范围的返驰转换器。 然而, 零的选择-涌流-发现成份 ZCD 和 CZCD, 连同被讲到回应环的成份详细地通常不很好被了解, 而且在下面因此被讨论。 A. 不变的考虑为了在不变的操作期间达成好输出电压规则, 斜坡电压是与直流电压 ie(射频+RS) 一起总计的 1RS 一定适合在那里面 -规则窗户 在线和负荷范围各处, 如图 6 所举例.规定窗户的上面界限是削减-离开电晶体 Q1 的电压 V , 对被选择的电晶体是固有的, 然而规定窗户的较低的界限被完整负荷涌流定义。 达成输出电压规则，电阻 RB ， RS 和射频一定小心地被选择限制这里面的错误涌流规定的窗户。最大的错误现在的 i 在最小的负荷发生, 当做e在图 6 显示。 在最小的负荷, 维持需要比较少的能源输出电压是为什么那准时开关 S1 非常短。 相反地，最小量错误涌流在完整的负荷发生因为一比较长的准时被需要储存必需的能源。它应该被注意那不像者标准的 PWM, 谁的准时在此刻被决定斜坡电压到达控制电压, 那一经充份的费用从输入的容量 CISS 被电晶体 Q1 移动准时这一个控制线路被决定, 这被打开基础电压 VQbe 达成它的本质削减的片刻-离开电压 V 。 设计为行动为基础的定态州为控制线路成份的选择拘束那操作类型的线路和在成份等级上。 明确地, 阴极-阳极的电压 VKA 和阴极错误喇叭筒 TL431 的现在 IK 被限制到裁判员VKA36 V 和一个妈IK100 妈。 电压 VKA 能被表示成提议 1 小的-信号移动功能在最小量和最大的负荷涌流的图 6 自我振动返驰转换器的主要控制线路波形VKA= VO- Vd-IKR B。 (4)K 自从在最小的负荷，现在的 IK 是最大值,如图 5 所见到以后, 哪里 IK= ie/ , 和, 因此，电压 VKA 在一个最小量。 电阻 RB 能被表示成? Vo- Vd-VKA(min) RB RS。 在完整的负荷, 电阻射频的选择和 RS 更进一步被限制被最小错误最小 pke涌流和最大值开关涌流是 1,最小ie ( RF+ RS)+ is1PK(max)Rs V (8)最大is1PK(max)=VIN(max)D(max)/LMfs(min)pk=vin Dmax最后, ie 经过 optocoupler IC1 的直流现在移动比被讲到阴极现在的 IK。 ie =IK (9) 对于给稳定的州行动的控制线路成份射频， RS 和 RB 的选择的设计程序能被故障到在表 2 被概述的五个设计步骤。 它应该被注意那电阻 RB, 谁的也评价影响电压使直流增益成环, 应该尽可能低下地被选择当遵守第 5 步骤的时候为了要取环增益最大值。 通常, 一 20-? 电阻为输出电压 VO1 视为一个好第一个重复一点也不 35 V. 的稍后，当系统安定被考虑的时候，电阻 RB 的价值将会再被评估。 成份 RA ， CZCD 和 RZCD 的设计能被独立地从表 2 的第 1 步骤 -7 决定。 举例来说，电阻 RA 的角色将在 optocoupler IC1 里面减少光感电晶体的力量损失 PIC1, PIC1= VCEie(max)=( VO2-ie(max) RA-VQbe) ie(max)45 o) 排列的时候，控制环达成被需要的规定准确性和输出电压的动态回应。 通常，好规定的准确性和快速的短暂回应需要关闭环 T1 有一个高的直流增益和高的带宽。 典型地，一个 20 到 60个分贝的直流增益永久是充份的规定准确性,然而通常转变频率的少于最小量中的四分之一的转线路频率 (fC) 而设计。 电压的最适宜酬劳控制 , 环以 2个杆和零有错误喇叭筒。 被屈服表 1 的错误喇叭筒移动功能 GEA(s), 能与电容器 CEA1 和 CEA2 和电阻一起了解再一 1. 对于环 T1 的被需要的转线路频率 fC, 选择*酬劳零 fzcomp 1 应该等于杆频率 fp 1, 和酬劳杆 fpcomp 2 的选择应该是*比 4fC 大, 也就是, fzcomp 1= fp 1 和 fpcomp 24 fC. 使用这标准，酬劳成份 CEA1 ， CEA2, 和再一 1 然后被表示成CEA1=0.73/2f cRd1, (12)REA1=1/CEA1S P1, (13)CEA2= CEA1/10 。 (14) 小-信号区段图表模型被藉由比较它和在 5 V 上被做的测量查证,2-一个自我振动的返驰转换器从 400 V 的名义上的直流电压在完整的负荷情况之下操作, 如图 7 所示. 当能被见到之时, 两者的标准和有计划者预示 , 情节跟转变频率,也就是的最小量中的十分之一揭发优良的协议, 达 4 仟赫,转变频率的最小量和 40 仟赫相等。超过转变频率中的十分之一, 被比较的状态情节被显示分歧, 可能适当对没被描述的权利-一半-飞机的 RHP 零被也在表 1 被呈现的小-信号模型, 或在手边被呈现的小-信号模型在 3. 逐步运行 deg得到 分贝在 T1 30 打破环201001020304050101001.1031.1041.105频率 赫兹计算增益标准的增益在 T1 打破环20015010050050100101001.1031.1041.105频率 赫兹计算状态标准的状态图 7有计划的和标准的预示环增益 T1 的情节脱机的,5 V 的/2-一个自我振动的返驰转换器3. 摘要详细的设计-导向的不变分析和一完全的小-自我振动返驰转换器的信号模型被呈现。 以下被发现：转换器的不变操作能被描述十一 topological 阶段。 基于这一项分析和小-信号模型,对于线路的回应控制的一个按部就班的设计程序被定义。 这一个设计程序被查证在一之上 5 V 的/2-一, 脱机的实验线路。 实验转换器的标准的和有计划环增益在非常好协议。 叁考1 K. 布告,-Switchmode 力量供应手册, 纽约 , 纽约: McGraw-希尔，公司,1989. 2 L. 贺氏公司和 J. Spangler,-控制器 ics 成对提供用电压转变力量补给的紧要关头的传导和现在的极限, 使转变和聪明的运动 (PCIM) 杂志， pp 有力量。 42-50,2000 年十一月. 3 J. Lempinen 和 T. Suntio,-小的-为手提式的装置申请为强健变数-频率返驰电池休整器的设计向仿制作信号, IEEE 应用了力量电子学 Conf。 (亚太经济合作会议) Proc。, pp。 548-554,2001 年三月.( ) ( )( ) ( ) 11 11 22 1 21 + + OOp zz dc Qssss ssssM Mdc