毕业论文：DC-DC直流变换器 ㊣ 精品文档 值得下载

之间是否有变压器而分为隔离型和非隔离型。

非隔离型的主要拓扑有降压变换器升压变换器升降压变换器变换器变换器和变换器。

隔离型的的主要拓扑有正激反激推挽半桥全桥型变换器。

非隔离型变换器下面主要介绍最基本的降压变换器和升压变换器的工作原理。

当开关管导通时，电源通过电感给电容充电当开关管关断时，电感续流，逐渐降低，电容上的电流由正逐渐降为零，并变成负向。

进而开关管再次导通，电感上电流增加。

当开关管导通时，电源向电感储能，电感电流增加，负载由电容供电当开关管关断时，电感电流减小，电感电势与输入电压叠加，迫使二极管导通，起向负载供电，并同时向电容充电。

隔离型变换器下面主要介绍反激式变换器的工作原理它是由电感变压器功率晶体管二极管和滤波电容组成。

晶体管受驱动信号驱动，周期的导通与关断。

当开关管导通时，在理想情况下，输入电压全部加在电感变压器初级上，变压器初级感应电势同名端为正，次级同名端也为正，二极管反偏截止，所以电感变压器此时作为电感运行，电源向电感储能，由输出电容向负载供电当开关管关断时，电感能量不能突变，变压器各线圈感应电势反号，同名端为负，迫使二极管导通，电感能量逐步转为电场能量向负载放电和向电容充电。

双向变换器的电路拓扑绪论中已经提到，双向变换器是在保持输入输出电压极性不变的情况下，根据需要改变电流方向，通过在开关管上反并联二极管在二极管上反并联开关管再加上适当的控制来实现能量的双向传输的变换器。

它可以根据有无变压器隔离分为隔离型和非隔离型。

非隔离型双向变换器非隔离型双向变换器的主要拓扑有双向变换器双向变换器双向变换器和双向变换器。

下面主要介绍双向变换器和双向变换器的拓扑结构。

双向变换器是由变换器变换而来的，在晶体管上反并联二极管，在二极管上反并联晶体管，该电路便是双向变换器。

它可以工作于两种模式降压模式和升压模式。

当能量从流向，工作，不工作，为电源端，则该变换器为变换器当能量从流向，工作，不工作，作为电源端，则该变换器为变换器。

若两侧都有电源，则能量流动方式取决于两电源电压大小和占空比的大小，两端的电压极性相同。

双向变换器与单向变换器拓扑不同的是，在原开关管处反并联二极管，在原二极管处反并联开关管，和互补方式导通，两者间应设定死去时间，以避免同时导通，其与不同的是和电压是反极性的，且其大小任意。

隔离型双向变换器隔离型双向变换器是在非隔离型的基础上发展起来的，相对要复杂得多，对于变压器，稳态时实现磁化和去磁伏秒面积相等是保证其正常工作防止铁芯磁饱和的关键。

般隔离型双向变换器常应用在电压传输比大功率高需要电气隔离的场合。

隔离型双向变换器的主要拓扑有双向反激式双向正激式双向推挽式双向半桥式和双向全桥式。

其主要区别为双向反激式结构简单，成本低，适合于小功率应用。

双向正激式是在单管正激式的电路上再串接个三极管而组成的，对于高压大功率的开关电源来说更加安全可靠。

双向推挽式传输功率比双反激拓扑大，结构也比较简单。

但因变压器漏感引起大的开关电压尖峰，开关管工作条件恶劣，适合中低压应用场合。

双向半桥式半桥式变换电路适用于输入电压比较高的场合，与推挽式变换器相比较，它的输入变压器没有中心抽头，加工比较简单。

但是对支撑电容的要求高，并且传递同样的功率时，要求功率器件的电流容量大，适合中功率高压应通常在制造时，将衬极和源极短接，并使，。

当栅极电压小于开启电压时，不论电压极性如何，两个结中始终有个是反向偏置的，漏极电流几乎为零，此时不导通当栅极电压大于开启电压时，漏源极之间形成沟道，由于沟道的电阻小，故在漏源正电压作用下，电子从源极流向漏极，这就是的正向导电特性。

主电路的主要参数设计由于双向变换器互补工作，分别为和工作模态，理想情况下，管子承受的最大压降及峰值电流均无异，分析主电路的拓扑，由于主电路正常工作是在模式，因此，器件参数的选择应以为模型。

主要技术指标输入电压输出电压输出功率开关频率效率由主要技术指标可得储能电感的设计由当电路进入稳态以后，可以认为输出电压为常数，当晶体管导通时当负载电流减少到时，，此时最小负载电流即为临界连续电流由公式和公式，可得即是由，计算得滤波电容的设计由以上分析，易推得电感电流的变换量为实际上是电容电流的变化量和负载电流变化量之和。

若设，即全部电感电流变化量等于电容电流的变化量，电容在时间间隔内充电，电容充电的平均电流为电容峰峰值纹波电压式中，为开关频率。

由上式得到其中，纹波电压取，输出电压为时，为所以各参数定额功率管电流定额功率管电压定额二极管电流平均值二极管电流有效值二极管承受电压周期本章小结本章首先对主电路进行了分析介绍，分析了主电路的拓扑结构和工作方式，并对交替工作方式进行了详细的介绍，其次对实验用的开关管进行了选择，选定开关管作为主电路的开关管，确定了储能电感滤波电容的参数，以及根据给定的实验技术指标计算出了各参数定额。

第四章双向变换器的控制研究如何选择恰当的控制方式，因从两个大方面来考虑，是选择电压控制模式还是电流控制模式，是选择模拟控制实现还是数字控制实现。

双向变换器的控制方式从设计控制系统的方式来看，变换器的控制技术主要分为电压控制模式和电流控制模式。

电压控制模式电压控制模式是开关电源技术中最基本的种控制方式，属于单闭环反馈控制方式。

其原理是变换器的输出电压经分压，与给定值相比较，经过电压调节器将电压误差放大，生成控制信号，作用于脉宽调制电路，将电压模拟信号转变为开关管脉冲信号，作为开关管的驱动信号。

脉冲宽度信号随控制信号的改变而改变，从而改变输出电压，构成单闭环反馈控制系统。

电压调节器调制脉宽补传递函数电流控制模式电流控制模式是开关电源技术中最常用的种控制方式，因为其较电压控制型而言，动态性能和稳态性能很较好，而且电压控制模式对电流没有控制，因此无法对变换器进行功率控制，也不利于变换器的并联使用，其可移植性差。

属于电压电流双闭环控制，分内环和外环，内环为电流负反馈环，外环为电压负反馈环。

其原理是变换器的输出电压经分压，与给定值相比较，经过电压调节器将电压误差放大，从而生成电压误差放大信号作为内环电流基准，电流检测信号与给定值之间的误差，经过电流调节器放大后，生成控制信号，作用于脉宽调制电路，形成占空比可变的脉冲信号作用于开关管上。

电流调节器调制脉宽电压调节器补传递函数双向变换器控制系统的实现控制系统的实现有模拟实现和数字实现两种。

模拟控制的实现模拟控制技术特点是动态响应快易观测和调试无量化误差且价格低廉。

调节器是模拟控制技术中常用的，例如电压控制型和电流控制型中用到的电压调节器，下面就来详细介绍调节器。

调节器主要分为两类单极点单零点补偿网络和双极点双零点补偿网络单极点单零点补偿网络其传递函数该补偿网络的特点是低频段有个积分环节，且稳态误差为零，因此其直流增益高在控制系统传递函数的最低级点或是引入个零点，来将这个极点所引起的相位补偿，也就是说这个零点抵消了补偿网络自身积分环节所引起的相位滞后，使其在这频段内变成了个反相器，使相位增加。

该补偿器的最后个极点消除电阻引起的零点。

双极点双零点补偿网络其传递函数该补偿网络的特点是直流处有个极点，且稳态误差为零有两个零点，其相频对数特性曲线可以提供的超前相位，如果将补偿网络的这两个零点放在重极点的位置，因为重极点可以引起的相位滞后，所以这两个零点可以将其补偿。

综上所述，这种补偿网络可以作为双重极点控制对象的控制器该补偿网络的第个极点消除电阻引起的零点，第二个极点用来在高频段，幅频特性下降斜率，具有良好的干扰抑制作用，同时可以保证开环传递函数有个较好的增益裕量和相位裕度数字控制的实现随着现如今各类微处理器芯片的快速发展，芯片的工作速度集成度以及运算能力都有了很大的提高，并且成本也在下降，这就使得开关电源的控制得以通过微处理器芯片来实现，即数字控制的实现。

下面就来介绍数字控制的优缺点优点可以实现些用模拟控制方式很难实现的复杂电路的控制可以很大程度的改善由于模拟器件的老化及温度漂移所引起的控制性能变差的问题控制方法或参数易于修改周期短控制算法通过软件来实现，可以避免模拟器件参数离散而引起的控制特性不致。

缺点微处理器芯片的工作频率和运算能力会受到控制算法的运算速度的牵制对于小功率的电源模块而言，微处理器芯片的集成度还不算很高综上所述，虽然数字控制技术现在还不是很成熟，但随着微处理器芯片技术的进步和控制算法的改进，数字控制将逐渐代替模拟控制方式。

本章小结本章主要介绍了电压控制方式和电流控制方式，通过比较，选择更适合于本实验的电压型控制方式，接着介绍了模拟控制方式和数字控制方式，选择模拟控制来实现本次实验的控制。

第五章双向变换器系统的设计与实现双向变换器系统的总体设计总体设计框图双向主电路输出经过分压，将电压信号传给控制器进入补偿环节，根据给定的参考电压进行电压补偿，再经过脉宽调制器输出互补的脉冲电压提供两个开关管的驱动。

双向变换器系统闭环各个环节的实现分压环节图补齐原理补偿环节控制器完善计算经过上章的分析研究，准备采用第类单极点单零点补偿网络，下面计算出补偿网络各参数的选择选定，通常选择根据中频增益的大小来调节带宽，确定为根据的重极点位置来确定确定抑制高频极点所摆放零点的大小，将零点放在位置由此可确定系统的传递函数脉宽调制环节该系统的脉宽调制环节拟采用芯片来实现，下面主要介绍芯片。

芯片各管脚功能反相输入同相输入同步端振荡器输出放电端软启动端管管地管闭锁控制补偿基本外围接线与能够实现的主要功能基准电压接环节输出频率可调，通过改变和的值来调节的输出频率，其计算公式为死区时间可调，可以通过调节来改变死区时间芯片工作频率为，引脚为同步端，可以实现多个芯片的并联具有软启动功能