摘要本文主要研究了交错并联式双管正激变换器与其控制电路。相比于其他隔离式DC/DC变换器，交错并联结构的双管正激变换器有自动实现励磁能量的回馈，结构简洁等优点。同时，其主功率管只需承受电源电压，从而选择面更广。此外，其并联结构缩小了输出滤波电感的体积，降低了器件的应力，从而进一步减小了损耗。在控制电路的设计方面，考虑到电源输出电压围的可控性，本文采用电压反馈控制方式，选用UC3825型脉宽调制器。本文列举了DC/DC变换的各种拓扑，比较了四种PWM控制模式，分析了交错并联式双管正激变换器的工作原理与其工作过程，详细推导并建立了带有电压反馈控制的双管正激变换电路的小信号模型，设计了补偿网络，给出了主电路和控制电路的工程计算。最后，对系统进行频域、时域仿真，并给出相关分析。关键词：双管正激变换器、电压反馈控制、小信号模型、补偿网络、仿真AbstractThis paper studies the parallel dual interleaved forward converter and its control circuit. Different to other isolated DC/DC converters, the parallel dual interleaved forward converter can feedback excitation energy automatically, also, simple structure is the one of thesystems advantages. Meanwhile, the power switches only need to work just under the main power voltage, whichmakes the designers have a wider range of choosing the power switches. In addition, the parallel structure reduces the volume of the output filter inductance, reducing the stress of the device, thereby, further reducing the loss. In the control circuit design, taking into account of the controllability of the range of the output voltage, we use voltage feedback control method, and chose theUC3825 voltage pulse width modulator. This article lists the DC/DC conversion of the various topologies, makes a comparison of thefour PWM control modes, analyzes the parallel dual interleaved forward converters operating principle and working process, derives in detail and establish the small signal model, designs the compensation network, and carries out the main circuits and control circuits engineering calculation. Finally, this paper makes the system frequency and time domain simulation, and make some correlation analysis.Key words:dualforward converter, voltage feedback control,small signal model, compensation network, simulation目录摘要IAbstractI目录II第1章绪论11.1开关电源概述11.2本课题研究意义11.3隔离式DC/DC变换拓扑列举21.4反馈控制模式分类41.5本课题方案研究71.5.1功率电路选择71.5.2控制电路的选择81.6本文研究的主要容81.7本章小结8第2章 功率电路状态分析与其参数设置92.1功率电路结构与其工作原理分析92.1.2电路结构分析92.1.2功率电路工作原理分析92.2主电路参数设计142.2.1技术指标142.2.2功率电路变压器设计152.3.3主功率开关管的选择192.3.4二极管的选择192.3.5输出滤波电感的选择202.3.6输出滤波电容的选择212.4本章小结21第3章 系统建模与控制电路的设计223.1功率电路建模223.1.1小信号模型的建立223.1.2标准型等效电路的建立253.2电压控制脉宽调制器建模与系统稳态传递函数的建立283.2.1电压控制型开关调节电路原理介绍283.2.2脉宽调制器的数学模型283.2.3电压控制系统原始回路稳态传递函数的建立293.2.4补偿网络的设计313.3控制电路结构343.3.1 UC3825外围电路343.3.2主功率管驱动电路363.3.3过流保护电路373.4本章小结38第4章 电路仿真394.1仿真软件简介394.2系统时域仿真404.2.1时域仿真电路与其波形404.2.2时域仿真分析444.3本章小结45结论46参考文献47致50附录1第1章绪论1.1开关电源概述随着电力电子技术的飞速发展，固态化静止型功率变换电源已经发展成为电力电子技术的三大应用领域之一(另两个是“运动控制”和“电力品质控制”)。其中，开关类电源是技术含量较高的一大类产品。它们的功率不断增大，已经从几十、上百瓦扩展到数百千瓦，继计算机、电视机中的应用而成功地跨入程控交换机、移动等通讯电源中，正在或即将为电镀、电解(化工电解和有色金属电解)行业提供“开关整流器”。体现了效率高、体积小、重量轻、效益好等许多优点。四十多年来，随着功率半导体器件品种的增加和性能的改善，以DC/DC(直流/直流)变换器为代表的开关电源主电路拓扑经历了“史前期”、“奠定期”和“成熟期”等几个阶段，演变成从理论到实践都十分完备的独立技术和独立产品产业，产生很大的社会经济效益。这是几代人持续奋斗，许多人不断贡献所共同积累的结果。如今，广泛应用于生产的各个领域的开关电源已具备以下几个突出优势：(1)效率高，开关稳压电源调整开关管的工作状态，在截止期间，开关管无电流流经，因此不消耗功率，大大提高了电能使用效率，而传统使用的调整串连型稳压电源的晶体管一直工作在放大区，功耗大，效率低。(2)开关管在开关状态，功率消耗小，不需要采用大功率散热装置。这样，机温升低，元器件不会因为长期工作在高温环境下而损坏，提高了整机的稳定性和可靠性。(3)稳压围较宽，适用于电网电压波动较大的地区。(4)体积小。开关电源可对电网输入的交流电直接进行整流，再由脉冲变压器获得各组相异的脉冲电压，省去了笨重的工频变压器，同时节省了大量漆包线和硅钢片，大大缩小了电源的体积，减轻了电源的重量。(5)安全性高。开关电源一般都具有自动保护功能，当稳压电路、高压电路或负载出现故障时，能自动切断电源，起可靠保护作用。1.2本课题研究意义依据开关电源的发展史与其应用领域，开关电源的主电路拓扑可分为两类：非隔离型和隔离型。非隔离型是指在工作期间输入源和输出负载共用电流通路，具体有降压、升压、升降压、cuk、Sepic和Zeta型等。隔离型是指其能量的转换依靠一个相互耦合的磁性元件(变压器)来实现的，而且从源到负载的耦合借助的是磁通而不是共同的电路，包括正激式、反激式、推挽式、半桥式、全桥式等。由于非隔离式变换器工作时占空比较小，利用率较低。与隔离式变换器相比，在一样频率下工作时，流经功率管的电流较大，开关应力较大，因此非隔离式变换器对元器件的损耗也较大。因此，非隔离式变换器具有较大发展空间。现代的一部分电子设备既要使用高压直流电又需要220V的额定交流电，对此采用的方法一般是先进行DC/AC逆变，得到220V交流电，需要高压直流电时再进行AC/DC整流，从而得到需要的直流电。但另一部分的设备不需要交流电，只需单纯的直流电作为电源，例如安全防护报警装置、消防报警装置、事故照明等。此时，电源的设计就可以采取绕过DC/AC逆变，而直接进行DC/DC变换的方案。现对两种方案进行比较，从电源效率来看：使用逆变器的方案，电路需要经过两级变换，从而电能也要损耗两次，电源的效率降低；而DC/DC方案只要一级变换，损耗小。此外，逆变器方案元器件较多，体积庞大；而DC/DC方案电路和驱动都较为简单，重量轻，体积小。通过对比，在仅需直流电供电的设备中，DC/DC供电方案有其明显的优势。本课题实现的就是12/264V的DC/DC变换。鉴于以上原因，本课题具有较高的研究价值。1.3隔离式DC/DC变换拓扑列举(1)正激式变换器如图1.3.1所示，输入输出电压隔离，易实现多路输出，变压器原边通过复位电路对磁芯进行磁复位，将变压器激磁时储存的能量回馈到输入端。这种拓扑存在明显的不足：其一，变压器铁芯单向磁化，利用率低；其二，该电路主功率管需承受两倍的输入电压，介于此原因，它只能应用于低压输入电路。其三，实际运用中，主功率管的占空比一般小于0.5；最后，添加去磁绕组原理固然简单，但这样做使变压器的结构趋于复杂，制造工艺水平的高低将会对电路性能产生一定影响。图1.3.1正激式变换器(2)反激式变换器如图1.3.2，反激变换器的变压器不同于一般电路的变压器，它实际上为耦合电感，起着输入输出隔离并储存能量的作用。反激式变换器电成本低，可靠性高，驱动简单。有以下缺点：首先，输出功率受到变压器储能的限制，只能用于小功率和消费电子设备。其次，实际工程中，输出电压脉动比较大。最后，变换器的开关电压应力与其最大工作占空比相关，最高能达到34 倍的输入电压。从输出端看，反激式变换器是电流源，应用时不能开路。其电路形式相似于与正激式变换器，主功率管也要承受两倍输入电压，占空比通常也小于0.5，变压器的接法也不同。图1.3.2 反激式变换器(3)推挽式变换器如图1.3.3，推挽式变换器可以看成是两个完全对称的单端正激式变换器的组合，因此，在工作时变压器铁芯是双向磁化的，在一样铁芯尺寸下，推挽式电路能够比正激式电路输出更大功率。但就因其结构的特点，电路必须有良好的对称性，否则容易引起直流偏磁饱和。其次，该设计下变压器原边会有漏感，因此主功率管会遇到很高的电压尖峰，这就要求主功率管必须能承受大于两倍电源电压的压力。图1.3.3 推挽式变换器(4)半桥式变换器如图1.3.4，电路结构简单，功率器件少，且功率管只承受电源电压，变压器铁芯不存在直流偏磁现象，变压器只需一个原边绕组，通过加正反向电压得到正反向磁通，利用率高，在高压中功率场合得到广泛应用。图1.3.4 半桥式变换器(5)全桥式变换器如图1.3.5，功率管只要承受电源电压，铁芯利用率高，通常采用软开关工作方式，但缺点是功率器件较多，控制与驱动电路较复杂，存在直通现象。因此经常用于大功率场合。图1.3.5 全桥式变换器