雙管正激參數(shù)及控制環(huán)路的SABER仿真設計

引言

　　雙管正激變換器開關管的電壓應力等于輸入電壓，關斷時也不會出現(xiàn)漏感尖峰，加上結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，在高輸入電壓的中、大功率場合得到廣泛的應用。

　　在開關電源的設計過程中，控制環(huán)路設計的優(yōu)劣關系到系統(tǒng)的穩(wěn)定與否。對于PWM變換器的控制環(huán)路，傳統(tǒng)的方法使用狀態(tài)空間平均法，求出小信號模型，來設計控制環(huán)路。此方法計算量大，效率低，不利于工程應用。

　　SABER與其他仿真軟件相比，具有更豐富的元件庫和更精確的仿真描述能力，真實性更好。特別是在電源領域的先天優(yōu)勢，借助其強大的仿真功能縮短電源產(chǎn)品的上市時間。目前，用SABER軟件設計控制環(huán)路尚不多見，基于此，提出用SABER仿真設計雙管正激參數(shù)及控制環(huán)路。

　　1 電路結(jié)構(gòu)

　　雙管正激拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示，工作原理為：VT1、VT2同時導通，同時關斷;VT1與VT2導通時，電源經(jīng)高頻變壓器T，快恢復二極管VD3向負載輸出能量，經(jīng)L給C充電;VT1與VT2關斷時，輸出電流由快恢復二極管VD4續(xù)流，同時變壓器原邊繞組的勵磁電流經(jīng)VD1-UiN-VD2向電源反饋能量。由于VD1與VD2的箝位，VT1與VT2的開關應力等于電源電壓。與單管正激電路相比，多用一個開關管，電壓應力為單管的一半，不存在漏感尖峰，變壓器無需磁通復位繞組，適用于較高輸入電壓的中、大功率等級場合。

　　2 控制環(huán)路的設計方法

　　系統(tǒng)穩(wěn)定的條件：系統(tǒng)回路開環(huán)BODE圖，在剪切頻率處幅值斜率為-20dB/dec，且至少有45°的相位裕度。

　　控制環(huán)路的設計步驟：

　　(1)根據(jù)應用要求設計主電路。

　　(2)由SABER仿真器得出主電路的BODE圖。

　　(3)根據(jù)實際要求和限制條件確定剪切頻率ωc，對電源產(chǎn)品，剪切頻率通常為開關頻率的1/4或者1/5。

　　(4)根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的要求及剪切頻率決定補償放大器的類型和各頻率點。使低頻段增益高，一般電源產(chǎn)品的低頻段設計成I型系統(tǒng)，以保證穩(wěn)態(tài)精度;中頻段帶寬處的斜率為-20dB/dec，且有足夠的相位裕度(即y>45°);高頻段增益衰減快，減少高頻干擾;用SABER得出補償后環(huán)路的開環(huán)頻響曲線，驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　3 主電路參數(shù)設置

　　由于主電路輸出濾波器參數(shù)關系到控制環(huán)路的設置，補償器應根據(jù)輸出濾波參數(shù)進行調(diào)整。本文以一臺250W電源實例說明控制環(huán)路的設計。

　　1)主要技術要求

　　輸入：AC220V(DC=265V(220～310V))

　　輸出：48V 0.5～5A;

　　波紋電壓：0.1V; 波紋電流：1A;

　　效率：≥0.85;開關頻率：100kHz;

　　變壓器原副邊比n=2;Uout=48.85V(二極管); 占空比：

　　2)輸出濾波參數(shù)

　　輸出濾波器按照要求的紋波電流與紋波電壓值來設計，紋波電流決定電感值，紋波電流與紋波電壓共同決定電容值。

　　(1)濾波電感

　　流經(jīng)濾波電感電流波形如圖2所示，紋波電流峰峰值取決于允許的最小電流值，當負載電流小于0.5A時，進入電流斷續(xù)模式。

　　為防止變換器進入斷續(xù)模式，在Toff期間，流經(jīng)L的電流不能降到零。