硕士论文llc谐振变换器的待机控制研究

1、硕士论文-LLC谐振变换器的待机控制研究 浙江大学硕士学位论文摘要近年来,随着家用电器的普及和办公自动化的推广,许多产品具有了待机功能。随之而来的待机功耗,在浪费能源的同时形成了巨大的环保压力,如何降低待机功耗,进行待机控制已是国内外研究的热点之一。开关电源待机工作时,输出电流接近于零,导通损耗可以忽略,开关损耗和控制电路的损耗成为主要的待机功耗,其中开关损耗与开关频率紧密相关,降低开关频率有助于降低开关损耗,而控制电路的损耗与控制芯片的选择和反馈电路等相关。目前,家电和办公设备中的电源模块,多数采用控制变换器,相应的待机控制技术较为成熟,而在谐振型变换器方面的待机控制研究较少。新的研究将谐振

2、型拓扑应用于家电和办公设备的电源模块中,那么谐振型变换器的待机控制研究是十分紧迫和有必要的。本文主要研究谐振变换器的待机控制问题,针对谐振变换器的特点,设计了带待机工作模式的控制电路,通过检测开关管的电流来判断是否进入待机模式工作,在待机模式中通过检测反馈电压来控制输出。本文先进行了原理的仿真验证,在仿真的基础上,通过实验验证了待机功能的可行性。关键词:待机模式控制,谐振变换器浙江大学碗士学位论文, . ,. . . ., . . . .,. ,:浙江大学顾士学位论文第章绪论近年来,随着家用电器、视听产品的普及,办公自动化的广泛应用和网络化的不断发展,越来越多的产品具有了待机功能。这些新产品在

3、极大地方便了我们生活的同时,也造成了大量的能源浪费。根据国际经济合作组织的一项调查称【,各国因待机而消耗的能量约占能耗总数的%,我国的待机能耗更是高于平均水平。目前我国城市家庭的平均待机能耗已经占到了家庭总能耗的%左右,相当于每个家庭使用一盏的“长明灯”。待机功耗在浪费能源的同时也形成了巨大的环保压力,如何降低待机功耗已是国内外研究的热点之一。.待机功耗的现状待机功耗有两种,一种是指设备接到电源上但没有负载时,从主电源吸收的功率;另一种指系统进入睡眠模式时吸收的功率,因为睡眠模式中还有一些智能性功能在工作。国际上把低于作为待机功耗的一个目标。国际能源署在年推出了待机功耗“计划”;年,美国要求在

4、联邦政府采购中,尽量采购待机功耗低于的产品;欧盟也希望能够在年全部达到待机功耗低至。我国的中标认证中心在年制定了彩电的待机标准,在年月,针对打印机、 机、电脑等自动化办公设备待机功耗展开节能产品认证。从年月起, 开始严格限制设备和中在空载时的待机功耗,表.给出了具体的规则【】能源之星国的一些致力于电源标准化的自愿组织也提出了相应标准,如表.所示【。表. 对待机功耗的规范空载时的待机功耗输入功率等级 年月日 年月日 年月曰. . . . . .浙江人学硕上学位论文表.能源之星和中国一些自愿组织对待机功耗的规范提出规范的机构 能源之星 中国生效闩期 年月日 年月日规范的类型 自愿 自愿空载时最大功

5、耗输出功率等级 空载时最:赶功耗. . .开关电源中的待机功耗.待机功耗的主要类型正常工作时,开关电源中的损耗主要包括导通损耗、开关损耗和控制电路的损耗。待机工作时,因为输出电流接近于:零,导通损耗可以忽略,开关损耗和控制电路的损耗成为主要的待机功耗。降低待机功耗,应着眼于降低开关损耗和控制电路的损耗。目前,以下的电子设备,如电源适配器、充电器、电视机等的电源模块,大多数采用反激式变换器,将电网提供的的交流电转换为直流电压供给电子设备【”。下面以反激式变换器为例分析开关电源中的待机功耗。图.反激式开关电源待机工作时的主要损耗类型图.给出了反激式开关电源待机工作时损耗类型,其中开关损耗、门极驱动

6、电阻的损耗、变压器磁芯损耗、输出整流二极管反向恢复时的损耗以及主开关管吸收电路的损耗都属于开关损耗,而控制电路的损耗主要表现为启浙江大学硕士学位论文动电阻上的损耗,控制芯片的损耗和反馈电路上的损耗。图.中通过变压器的辅助绕组给控制芯片供电,这也会有损耗。表.】给出了损耗的近似估算公式。表.主要损耗的估算公式功率损耗 近似估算公式开关损耗,妊门极驱动电阻的损耗要。吃,变压器磁芯损耗产输出整流二极管反向恢复损耗启动电阻损耗嘧/。缓冲电路损耗要厶吣厂从表.中可以看出,各种类型的开关损耗都与开关频率,有关,降低开关频率可以减少开关损耗。启动电阻的损耗直接与整流后的直流母线电压和启动电阻值置。相关。在保

7、证宽电压输入的工作条件下可以通过降低启动电流增大启动电阻。的方法来降低启动电阻损耗。.降低待机损耗的方法通过上面的分析可知,降低开关频率可以有效地减少开关损耗,目前针对轻载和空载条件下的待机损耗在文献?已经给出了一些解决方案。降低开关损耗降低开关损耗的方法主要有以下三种:脉冲缺省式控制、间歇式控制和关断时间调节式控制,下面依次介绍。脉冲缺省式控制,文献】中提出了脉冲缺省方式,在这种控制方式中,控制器根据负载情况,省略一些驱动脉冲。如图.示是脉冲缺省方式的概念,虚线为缺省的脉冲。在脉冲缺省模式下,一旦缺省脉冲,输出功率和输出电压立刻减少,由于输出闭环控制的作用,开关的导通时间会增加,以调节输出电

8、压。出现脉冲缺省时,输出电压会立刻减少,有个低冲,而在缺省浙江大学硕士学位论文的脉冲恢复时,输出电压会有一个过冲。脉冲缺省方式的产生主要是为了针对不同等级的负载条件,它可以缺省或者插入驱动脉冲。门门厂几 墨 璺图.脉冲缺省式控制的概念间歇式控制,如图.所示,在文献【?】中提到,当负载变轻,在闭环控制作用下,使得开关的导通时间乙变短,。当负载小于一定值气后,进入间歇式模式,此时导通时间不再减少,控制器根据输出功率的大小间歇式地停止输出驱动信号。待机工作时,传递的功率的取决于脉冲束的宽度。可以通过减少脉冲束的宽度或者增加脉冲束之间的时问来减少损耗。间歇式模式中由于开关频率不变,不存在变压器因频率变

9、化出现磁芯饱和的问题。不足之处在于没有脉冲输出时,可能会引入一些低频的噪声,同时负载的突然变化会使输出电压突变。皤哪聪韭图.间歇式控制的概念关断时间调节式控 ,如图.所示,在文献中提出关断时间调节式控制可以在轻载或空载时减少待机损耗。当负载减少到一定值时,关断时间会随着负载的减少而增加:在这种模式下,关断时间赫根据负载的变化对每个开关周期的关断时间进行调节的,这点上它应该优于脉冲缺省模式和间隙式模式。厂 厂门料门图.关断时间调节式控制的概念对比这三种方式,如图.所示为负载从空载到满载时,随着负载变化,浙江大学硕士学位论文脉冲缺省式、间隙式、关断时间调节式控制中,开关频率随着负载电流的变化而变换

10、的曲线。在减少丌关频率的同时,应注意噪声引入,不要将频带降到了噪声带内。/一一一坩脉冲缺省略式 ”间歇式 关断时间调节模式图.空载到满载开关频率随负载电流的变化曲线减少启动电阻上的损柑】如图.是启动电路,其中如所示是常用的启动电路,图中,。是使控制芯片工作的门槛电压,%。是启动延时。由.式可见,启动电阻民增大能减少相应的启动电阻损耗,但是这个。越大,启动延时变长。如图所示为另一种启动电路,电容的容值较小,电容的容值较大。虽然置。很大,但由于的容值较小,能够减少启动延时,同时值较大,能够提供一个稳定电压矗。通过这种启动电路既能减少启动电阻损耗,也能保持较短的启动延时。%。蜂/ .一?:卜一一?么

11、;: :常用的启动电路浙江大学硕上学位论文低损耗的启动电路图.两种启动电路减少控制芯片的功耗控制芯片的制造有不同半导体集成工艺,比如,和,因而芯片功耗也有所不同,同时的设计也会影响芯片的功耗。因此在芯片时要注意选取芯片功耗较低的。减少反馈回路的损耗】反馈检测电路通常包括检测电阻,和光耦等器件。反馈电路连在主电路输出到地之间,它通常要消耗一定的功率。如图.所示为原边检测控制技术,取消了从输出到控制的反馈通路,通过附加绕组获得输出电压的信息。这样反馈回路的损耗就能有效地减少,不足之处在于原边侧控制输出电压的调节性能较尊。图.原边侧控制的概念.谐振型电路的待机控制如前所述,以下的电子设备,如电源适配

12、器、充电器、电视机等的电源模块,大多数采用反激式变换器,相应的待机控制技术已经比较成熟。将谐振型变换器应用于这类电子设备的技术是较新的【,在谐振型变换器中,浙江人学硕士学位论文第章谐振变换器待机控制的分析通过绪论部分对前人工作的总结,控制变换器中待机模式分为三种:脉冲缺省式控制,间歇式控制和关断时间调节式控制,目前最常用的是间歇式控制。谐振型变换器待机控制的研究中,前人也采用了间歇式模式。那么下面先对删控制变换器和谐振型变换器的间歇式控制待机模式进行比较,找到适合于宽输入电压范围的谐振型变换器待机控制的方式。.控制变换器和谐振型变换器待机控制的比较下面以目前最常用的反激式开关电源为例分析控制变

13、换器待机模式的原理和特性,以谐振变换器为例分析谐振型变换器待机模式的原理和特性,进行比较,找出适合于宽输入电压范围的谐振型变换器的待机控制模式。.控制变换器的待机控制图.反激式开关电源及其:具有待机功能的控制电路如图.所示是宽输入电压范围乙交流的反激式开关电源及其有待机功能的控制电路。反激式变换器采用电流峰值模式控制,固定开关频率,根据输入电压和负载情况调节占空比,使得输出电压满足要求彩。正常模式工作时,检测输出电压蚝得到反馈控制电压咋作为峰值电流控制信号的指令值,同时在开关管侧串联电阻,检测通过开关管的峰值电流,当端的电流等于反馈回来的电流指令值时,开关管关断,直到下一个开关周期到来时再次导

14、通开关管。浙江大学硕士学位论文待机模式工作时,随着负载的变轻,要传送到负载的能量减少,反馈电压诈降低,意味着峰值电流的指令值减小,这样使得开关在一个周期的导通时间变短,占空比减小。当负载减小到进入待机模式的临界值尸。时,咋降低到控制进入待机模式的阀值,占空比减小到最小值;。负载再减小,占空比不再减小,而是进入待机模式工作,间歇式的输出脉冲束,脉冲束的占空比是最小占空比珥。由上述分析可知控制变换器的待机模式采用间歇式控制的优点和不足之处:优点:控铝变换器采用峰值电流模式控制,反馈控制电压诈能很好地反映负载的变化,为进入待机式模式提供了判断依据。在间歇式模式中,开关管的工作频率是不变的,这样避免了

15、磁芯的饱和问题。不足:对于宽输入电压范围交流,在变换器设计时最小输入电压满载对应最大占空比。,这时从满载直接切换到空载,占空比要从最大值。变为进入待机模式的占空比椭,反馈控制电压咋从一个最大值降低到进入待机模式的阀值,表明输出电压会有一个很大的突变。.谐振型变换器的待机控制如图.所示是文献【】中提出的带待机功能的谐振变换器及其控制电路。两打开,、母合上,切断主输出后,控制电路输出电压。突变升高,端的反馈电压%。增大超过了反馈电压的最大值.。巾。,开关行、的工作频率超过了设定的最高工作频率,聃。一,进入待机式模式,如图.所示,将停止输出驱动脉冲,直到反馈电压;。降到一定的值,再次输出脉冲束。这个

16、待机模式的设计中,进入待机模式是通过判断开关频率是否超过了最高工作频率局。加。来实现的。浙江大学硕士学位论文融【斟斧丁单善五簪飞啊卜薄睡图.带待机功能的谐振变换器及其控制电路无驱动脉冲有驱动脉冲:反馈电压信号滞环图.开关管、丁挖工作状态与反馈电压的关系文献【】中提出的谐振变换器的待机控制模式,是根据开关频率大于一定值而进入待机模式,如果将它直接用于宽输出电压范围的情况,会存在一些问题,下面对此进行分析。对于宽输入电压范围的设计交流,根据绪论部分对谐振型变换器直流增益与输入电压的关系分析可得,工作在感性工作区间厶,工时,最低交流输入电压应该对应最大的直流增益、最低的开关频率厶。,最大交流输入电压

17、对应最小的直流增益、最高的开关频率丘。为了维持输出电压%,随着输入电压从交流升到,开关频率从厶。增高到厶。当输入电压范围很宽时,厶;。比较接近厶,二。比较接近工。如果直接参照参考文献【】的方式,设计一个最高频率/赢。,当开关的浙江大学硕上学位论文工作频率大于它时进入待机模式,同时要保证最高交流输入电压时也能正常工作,五。在附近且厶。厶。如图.所示,最低交流电压输入,正常工作时反馈电压。在。,开关频率在厶。,切换负载后,要使得开关频率大于,之。才能进入待机模式,输出电压应该会有很大的突变,因为电路工作在感性区间时,负载的变化对增益曲线的变化不明显,这点在绪论电路的分析已经得出。对于宽输入范围的情

18、况,另一个不足是待机模式中脉冲束关断后,输出电压下降,反馈电压。要从。 降到砟。以下才能有脉冲束输出,输出电压%升高,反馈电压再次达到咋一。一时封锁脉冲束。可见待机模式时,开关的工作频率是变化的,且频率较高。以最低交流输入电压为例,正常工作时开关频率为允。,在实际的设计中约为,待机模式中有脉冲输出时开关频率在厶。与五。之间,实际的设计中对应于交流输入厶。约为,可见相对于正常工作时的开关频率,待机模式时开关频率较高,这样对待机模式时中与频率相关的损耗都是不利的。无驱动脉有驱动脉图.开关管的工作情况与反馈电压的关系通过上面的分析可知,在宽输入电压范围的谐振变换器的待机模式的设计中,直接用反馈电压%

19、。超过一个最大值.。作为进入待机模式的判断条件,有两个不足之处,在低输入电压的条件下,负载切换中要使反馈电压有一个较大的变化,输出电压会有突变。第二点,低输入电压的条件下,正常工作时开关频率比较低,而间歇式模式时开关频率较正常工作时频率较高,对于与开关频率紧密相关的开关损耗是不利的。浙江大学硕十学位论文.谐振变换器待机模式中不同脉冲控制方式的比较图. 谐振变换器如图.所示是谐振变换器,在间歇式模式中,由前面分析得,待机模式中脉冲束封锁后,谐振变换器上下两个开关管的输出电容会参与到主电路谐振元件构成的振荡中,若在下一次脉冲束到来前,这个振荡已经基本停止,即为脉冲束封锁时间大于振荡时间的情况。若下

20、一次脉冲束到来前,这个振荡尚未停止,上下两个开关管的漏一源电压怕。电压相差较大时,即脉冲束封锁时间小于振荡时间的情况。下面按两种情况分析待机模式中不同的脉冲控制方式。.脉冲束封锁时间大于振荡时间的情况下面分析脉冲束封锁时间大于振荡时间的情况,待机模式工作时每个脉冲束中,上管两的驱动脉冲数为,下管&的驱动脉冲数为。对称情况即;不对称的情况,上下两个开关管驱动脉冲数相差一个、两个,依次类推。脉冲数对称的情况如图.所示是脉冲数对称的情况,假定待机模式工作时每个脉冲束中,开关管、岛的驱动脉冲数均为个,即。图.中。是开关管方式是每次脉冲束到来时先的驱动脉冲,啦是开关管&的驱动脉冲。开通上管; 方式则是每

21、次脉冲束到来时先开通下管&。“肛。吐图.脉冲数对称的情况浙江大学硕上学位论立下面以方式为例分析开通过程,在分析中,认为输出电容无穷大,进入待机模式后,有脉冲束输出时,开关频率在厶厂感性工作范围内”。有脉冲束到来时的一个半开关周期可以分为如图.的个等效电路所示,其中开始的个模式是脉冲束到来时,第一个开关的开通过程,后面个模式与正常工作时一个开关周期一致”,相应的工作波形如图.所示。个工作模式描述如下:模式:?阶段,待机模式工作时脉冲束关断以后,开关管的输出电容会参与到主电路谐振元件构成的振荡,到时刻振荡停止,此时开关管蜀、&的漏一源电压、。之和为输入电压。,谐振电流为零,谐振电容上的电压等于&的

22、漏源电压,此时负载由输出滤波电容提供能量,在下面的分析中假定、均为/输入电压。模式:?阶段,时刻,脉冲束到来,按方式,先开通开关管,的输出电容放电,的输出电容充电,负载由输出滤波电容。提供能量。由于谐振回路里面有串联谐振电感上、激磁电感邱,且谐振电容远大于&的输出电容,通过开关管电流主要对的输出电容充电,谐振电流基本不变。通过开关管的电流会有一个尖冲,这是一个硬开通的过程。时刻,开关管的输出电容放电完毕,的漏.源电压。从。,迅速下降到, 岛的漏一源电压怕从迅速上升到。,谐振电容基本保持不变为。/。模式:阶段,时刻,开关管蜀的输出电容放电完毕,、三、邱谐振。时刻,谐振电容电压为以,加在串联谐振电

23、感三和变压器激磁电感上上的电压为以,一般设计时激磁电感邱,变压器原边的电压咋约为./,折算到变压器副边的电压为/,分为两种情况:若/?。小于二极管正向导通压降,那么在的开通时间内,副边二极管都不会导通;若/.大于二极管正向导通压降,二极管导通,变压器原边电压炸被钳位,、三、三阶谐振转变为、上两阶谐振。先分析二极管不会导通的情况,时刻,开关管两关断。后面分析大于二极管正向导通压降,二极管导通的情况。模式:如一“阶段,时刻,开关管关断,谐振电流对开关管&的输出电容放电,蜀的输出电容充电,岛的漏。源电压开始下降,当魄下降到浙江人学硕士学位论文零时,&的体二极管导通。在副边,变压器绕组的极性为上负下正

24、,整流二极管导通,在原边,变压器绕组的电压饰被输出电压钳位,、发生谐振,激磁电感邱的电流心线性减小。模式:“一,阶段,时刻,岛零电压开通。激磁电流继续线性下降,谐振电流流经岛并以正弦形式负向增长。此时的开关周期大于与上的谐振周期。因此在谐振电流经过半个周期的谐振,开关管岛还处于开通状态。,时刻,谐振电流下降到激磁电流时,整流二极管电流过零关断。模式:?阶段,时刻,整流二极管电流过零关断,输出侧和谐振回路脱离,变压器原边的电压诈不再受输出电压限制,、三、邱发生谐振,通常电路设计时,谐振电流电基本保持不变,到时刻,开关管关断。模式:,一阶段,时刻,开关管&关断,谐振电流对开关管的输出电容放电,岛的

25、输出电容充电,的漏.源电压确。开始下降,当%。下降到零时,的体二极管导通,为的零电压开通创造了条件。在副边,变压器绕组的极性为上正下负,整流二极管导通,变压器原边电压被输出电压钳位,、厶发生谐振。模式是与模式对应的。模式:吨阶段,时刻开关管&零电压开通,激磁电流心继续线性上升,谐振电流流经两并以正弦形式正向增长,此时的开关周期大于与上的谐振周期。因此在谐振电流经过半个周期的谐振,开关管还处于开通状态。时刻谐振电流下降到激磁电流时,整流二极管电流过零关断。模式与模式对应的。模式:咱阶段,时刻,整流二极管零电流关断,输出侧与谐振回路脱离,变压器原边电压炸不再受输出电压钳位,、上、昂发生谐振,这与模

26、式是对应的,直到时刻开关管蜀关断,新的工作周制些嚣检测负蝥强;蛩哥浙江大学硕十学位论文的驱动脉冲。经过排列组合,有以下四种方式。其中、是对应于脉冲对称情况下 的方式,开关管的驱动脉冲。分另在前后削去一个脉冲、的情况,虚线脉冲的为削去的脉冲。其中 是对应于脉冲对称模式中的方式,开关管&的驱动脉冲越分别在前后削去一个脉冲的情况,虚线脉冲的为削去的脉冲。通过分析可知,开通脉冲束的时, 、与前面的是一样的,都是先开通,和前面的是一样的,先开通&。实际仿真的结果也是相对应的,都是在脉冲束到来时,先开通的:关管的第一个脉冲时是不能实现软开管的,后面的脉冲来时可以实现软开关。跟前面和开通过程不同的是 ,先开

27、通上管&两次,再开通下管。从前面脉冲对称的情况分析可知,脉冲束到来时,先开通的开关不能实现软开关,之后的开关工作与正常工作时一样都能实现软开关。采用 方式,先丌通,关断以后为的开通创造了的条件,如果再次丌通蜀,那么会失去软开关的条件。它的仿真结果如图.所示。同样,紫色的是上管呙相关的波形,蓝色的是下管&相关的波形。每次脉冲束来时,先开通上管。两次,再开通下管&。可见先开通时不能软开关,之后也可以实现软开管。方式的脉冲封锁时与其他方式不同,下管岛先关断,蜀又有两个脉冲后再封锁,它会对脉冲封锁期间的振荡产生影响,但由于下一下脉冲束来前这个振荡已经基本停止,所以对下一次脉冲束到来时的开通过程不会有影

28、响。几几几几几 几几几几几几臼 几几几翻几几 几几几几几;室 台桫憎彬彬一咖 几几几?舛几几一几几几:量 晒州咿彬咿 几 几几图.脉冲数不对称的情况虚线为削去的脉冲浙江大学硕士学位论文口:八图.脉冲封锁时间大于振荡时间的情况下采用 的工作波形综合上述分析,脉冲束封锁时间大于振荡时问的情况下,除了 以外的种开通方式,基本是一致的,即最先开通的开关管不能实现,之后的开通的开关可以实现。考虑到硬件电路实现难易度的问题,采用对称方式或者 是最易实现的。.脉冲束封锁时间小于振荡时间的情况下面分析脉冲束封锁时间小于振荡时间的情况,待机模式工作时每个脉冲束中,上管的驱动脉冲数为,下管的驱动脉冲数为。对称情况

29、即;不对称的情况,上下两个开关管驱动脉冲相差一个、两个,依次类推。脉冲数对称的情况如前面图.所示是脉冲对称的情况,下面以 方式为例分析开通过程,在分析中,认为输出电容无穷大,进入待机模式后,有脉冲束输出时,开关工作频率在五工感性工作范围内四【。在待机模式工作有脉冲束到来时,由于振荡尚未停止,考虑最恶劣的情况,在开关管的漏一源电压为输入电压。时开通开关管,最开始的一个半开关周期可以分为如图.的个等效电路所示,相应的工作波形如图.所示。个工作模式描述如下:模式:.阶段,待机模式工作时脉冲束关断以后,开关管的输出电容会参与至主电路谐振元件构成的振荡,时刻,的漏一源电压为,&的漏一源电压为。,开关管呙

30、的体二极管导通,负载由输出滤波电容提供能量。时刻,谐振电流由负到正过零反向,开关管蜀的体二极管零电流关断。浙江大学硕士学位论文模式:,一阶段,时刻,谐振电流由负到正过零反向,丌关管&的体二极管零电流关断,品的输出电容开始充电, &的输出电容开始放电,当&的漏一源电压下降到时,岛的体二极管导通,在谐振电流由正到负过零反向前,时刻,脉冲束到来,开关管两导通。模式:.如阶段,时刻,开关管&导通,&的输出电容放电,开关管&的体二极管承受反向压降关断,有较大的反向恢复电流,这部分电流会通过开关管岛,开关管可能会受到破坏,这里的分析假定流过很大的反向电流后,开关管没有被破坏。同时由于谐振回路里面有串联谐振

31、电感上、激磁电感邱,且谐振电容远大于&的输出电容,谐振电流基本保持不变,通过开关管。电流除了反向恢复电流和谐振电流以外,主要对岛的输出电容充电。时刻的输出电容放电完毕,呙的漏一源电压,。从,。迅速下降到。可见在.阶段有三部分电流通过开关管蜀,包括开关管&的体二极管的反向恢复电流,岛的输出电容充电电流以及谐振电流,所以丌关管。电流会有较大的尖冲。模式:匀一“阶段,时刻,开关管的输出电容放电完毕,谐振电容电压大于岫,加在串联谐振电感上和变压器激磁电感工上的电压小于。/,一般设计时激磁电感昂三,变压器原边的电压玮小于./,折算到变压器副边的电压为/,分为两种情况:若咋,?。小于二极管正向导通压降,那

32、么在开关管关断前,副边二极管都不会导通;若/?大于二极管正向导通压降,二极管导通,变压器原边电压蚱被钳位,、上、幻三阶谐振转变为、三两阶谐振。先分析二极管:不会导通的情况,“时刻,开关管关断。后面分析,.大于二极管正向导通压降,导通的情况。接下来的分析和脉冲束封锁时间大于振荡时间的分析是类似的。模式:?阶段,时刻,开关管关断,谐振电流赶对开关管&的输出电容放电,的输出电容充电,&的漏源电压%开始下降,当确。下降到零时,&的体二极管导通。在副边,变压器绕组的极性为上负下正,整流二极管导通,在原边,变压器绕组的电压怖被输出电压钳位,、三发生谐振,激磁电感邱的电流心线性减小。模式;一,阶段,时刻,岛

33、零电压开通。激磁电流心继续线性下降,谐振电流流经&并以正弦形式负向增长。此时的开关周期大于与的谐浙江大学硕十学位论文模式:阶段,时刻开关管零电压开通,激磁电流心继续线性上升,谐振电流记流经并以正弦形式正向增长,此时的开关周期大于与时刻谐振电流下降到激磁电流时,整流二极管电流过零关断。模式模式:妒阶段,时刻副边整流二极管零电流关断,输出侧与谐振回路脱离,变压器原边电压不在受输出电压钳位,、发生谐振,这与脉冲束到来时,按 方式,先开:通开关管并在其关断前二极管不会导通的情况中,最先开通的不能实现,经过模式、后,接着开通的&可以实现软开关,后面个模式】与正常工作时的一个开关周期是一致的。匦帮“匿毒卦

34、曰模式模式 .阶段 阶段.母隆誊廿睦。模式模式 一阶段 阶浙江大学硕上学位论文.凌模式,阶段模式如一阶段产鼻?广叫“圣詈毽,;廿鳞。艮。,沓口.三模式扣打阶段 模式 阶段匦曲一隐粤.母富一阶段 模式妒一阶段模式图. 个工作模式 睦謦一险哥薹模式模式.如一“.阶段 .一“阶段下面分析在关断前,/一%大于:二极管向导通压降,二极管导通的情况,模式、和前面二极管不会导通的情况相同。模式一:匀?“阶段,时刻,开关管蜀的输出电容放电完毕,、三、谐振。时刻,谐振电容电压大于以,加在串联谐振电感和变压器激磁电感肺上的电压小于以,一般设计时激磁电感,变压器原边的电压咋小于以,折算到变压器哥边的电压力,一时刻,

35、/?大于二极管正向导通压降,二极管导通。变压器原边的电压被输出电压钳位,、两阶谐振,此时的开关周期大于与的谐振周期。因此在谐振电流经过半个周期的谐振,开关管还处于开通状态。“.时刻谐振电流下降到激磁电流时,整流二极管电流过零关断。浙江大学硕十学位论文模式?:一?阶段,“.时刻,整流二极管电流过零关断,变压器原边电压不在受输出电压钳位,、上、谐振,.时刻,开关管蜀关断。为&的零电压开通创造了条件。后面&开通关断以及开通关断与前面的分析中模式到模式是一致的。/.:大于二极管正向导通压降,二极管导通的情况,是把.始终小于二极管正向导通压降,二极管不会导通的情况中的模式转变为了模式.、模式如图.所示,

36、相对应的波形如图.所示。/?、 /,?、一一?除、一 偿 斜、 .嗡? ?刁嶙蠢一/ 、 众 、 / 文。 气夕蝤毗 。 一 一 /,、才禽 佘怎,; /。“: 峰,旷; 电“吐“/,.“氧衿第 帕图.工作波形 图.工作波形从上面的分析可知,当脉冲束封锁时间小于振荡时间,脉冲对称的情况下,采用脉冲方式,脉冲束到来时,最先开通的.是硬开通的过程,后面开通的开关和正常工作时一样,可以实现软开关。同时在最坏的情况下,即开关管的漏一源电压为输入电压,开关管&的漏.源电压为零,其体二极管导通时,开通开关管,&的体二极管承受反压关断,通过开关管&的电流包括岛的体二极管的反向恢复电流,&的输出电容充电电流以

37、及谐振电流,所以开关管电流会有较大的尖冲。在实际的电路里,脉冲束关断以后的振荡是一个阻尼振荡,脉冲束关断以后,谐振电流很快减小。空载待机时,待机模式中,输出需要的能量较小,脉冲束关断的时间较长,脉冲再次到来时,谐振电流已经很小了,不足以将一个开关管的浙江大学硕十学位论文漏.源电压充到输入电压,同时将另一个开关管漏一源电压放电到零,就不会出现丌天管的体二极管承受反压关断,有较大的反向恢复电流的情况。根据图.用进行了仿真,用进行了仿真,仿真条件;输入,输出,.,开关周期为,在.时切换负载,从满载切换到%负载。在间歇式模式中, 对称情况下,不对称的情况先分析, ,脉冲束封锁的时间为个开关周期。口。;

38、? : 图.脉冲封锁时问小于振荡时间的情况下采用 的工作波形采用 中对称方式,紫色的是上管相关的波形,蓝色的是下管&相关的波形。每次脉冲束来时,先开通下管,再开通上管&。如图.所示,采用方式,在脉冲束到来前,上下两个丌关管的。电压还都还有较大的振荡,但此时的谐振电流不足以将一个开关管的漏.源电压充到输入电压,同时将另一个开关管漏一源电压放电到零,先开通的丌关管是硬玎通的,后面开通的开的方式是类似的。关管可以实现软开关。采用脉冲数不对称的情况如图.脉冲不对称的情况,通过前面的分析可知跟前面和开通过程不同的是 ,先开通上管两次,再开通下管&。从前面脉冲对称的情况分析可知,脉冲束到来时,先开通的开关

39、是硬开关的过程,之后的开关工作与正常工作时一样可以实现软开关。采用 方式,先开通,关断以后为&的开通创造了的条件,如果再次开通&,那么会失去软开关的条件。主电路的仿真条件同上面脉冲对称的情况,仿真结果如图.所示,脉冲不对称情况下,脉冲束到来前,开关管寄生电容上的电压还有较大振荡时,谐振浙江大学硕十学位论文电流已经很小了,不足以将一个开关管的漏.源电压充到输入电压,同时将另一个丌天管漏一源电压放电到零,用 方式开通,紫色的是上管一相关的波形,蓝色的足下管&相关的波形。每次脉冲束来时,先开通上管两次,再开通下管&。最先开通是硬开通的过程,关断以后为&的开通创造了的条件,再次开通&,然后再开通,那么

40、会失去软开关的条件,且开关管的电流尖峰比较大。,一?.图.脉冲封锁时间小于振荡时间的情况下采用 的工作波形当脉冲束封锁时间小于振荡时间时,采用脉冲对称方式或者不对称方式,最先开通的开关管是不能实现软开关的,且在最坏的情况,一个开关管的体二极管导通时,丌通另一个开关管,那么将有较大的反向恢复电流流过开通的开关管,可能会破坏管子。在实际的电路中,脉冲束关断以后的振荡是一个阻尼振荡,脉冲束关断以后,谐振电流很快减小。空载待机时,待机模式中,输出需要的能量较小,脉冲束关断的时间较长,脉冲再次到来时,谐振电流已经很小了,不足以将一个开关管的漏.源电压充到输入电压,同时将另一个开关管漏一源电压放电到零,就

41、不会出现开关管的体二极管承受反压关断,有较大的反向恢复电流的情况。所以待机模式中,采用对称脉冲的方式,最先开通的开关管是硬开关的过程,后面开通的开关管可以实现软开关。浙江大学硕士学位论文.本章小结本章先分析了控制变换器和谐振型变换器待机模式的原理和特性,通过进行比较,找出适合于宽输入电压范围的谐振型变换器的待机控制模式。再在此基础上分析了谐振变换器待机模式中不同脉冲控制方式对于待机模式中软开关的影响,得出选用对称脉冲方式是比较合适并且易于实现的。浙江人学硕上学位论文产生电流检测控制信号。当负载小于一定临界值。,电流检测信号通过逻辑电路 使电路进入待机模式工作。电压检测控制。通过检测输出电压,产

42、生电压检测控制信号。在待机模式中,前面的分析可知,闭环调节只有在有脉冲束输出的时间段内起作用,那么输出电压的纹波会比较大,通过电压检测控制可以将输出电压的纹波控制在一定的范围内。同时在待机模式工作时,电压检测控制和输出滤波电容毗及负载大小一起控制脉冲束的宽度和间歇式模式的周期。.待机控制的具体实现.正常模式和待机模式的比较将图.中的虚线框中的电压反馈控制、电流检测控制和电压检测控制,在逻辑上进行具体化如图.所示。?雄?、.,自小弭皇扭岛。一瓣基瞪片卜瓿登一.?一皂蛐。慧生厂? 一蛔一图. 谐振变换器主电路和控制电路的具体实现如图.所示,电压反馈控制通过检测负载电压,跟基准电压%比较,经过比例积分调节,再通过压控振荡器控制输出控制脉冲的频率。刚开始整个电路未进闭环时,要使得压控振荡器的输入电压最小,压控振荡器输出一个最低频率厶一当然厶。要在主电路的感性工作区间的频率范围厶厂内,使得主电路以厶。对应的感性工作区间较大的直流增益启动,浙江大学硕士学位论文?一?卜范三釜:乏三?一厂?一厂:正常模式工作情况厂溉签:三二三?上厂厂厂广?日?一待机模式工作情况图.电流检测信号、电压检测信号与脉冲封锁信号的关系待机工作时,待机模式的周期。如图.所示,在。:的高电平时间,有脉冲束输出,在。低电平时问,脉冲封锁。电路在待机模式下传输的功率与脉冲束的宽度有关。