基于SABER仿真器的双管正激参数及控制环路的设计

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        目前,正激变流器在中、大功率场合得到广泛的应用,但单管正激变换器的开关管承受两倍输入电压应力,不能用在较高输入场合。双管正激变换器解决了这个问题,其开关管的电压应力等于输入电压,关断时也不会出现漏感尖峰,加上结构简单、可靠性高,在高输入电压的中、大功率场合得到广泛的应用。
        在开关电源的设计过程中,控制环路设计的优劣关系到系统的稳定与否。因此优良的控制环路,对开关电源系统是至关重要的。对于PWM变换器的控制环路,传统的方法使用状态空间平均法,求出小信号模型,来设计控制环路。此方法计算量大,效率低,不利于工程应用。
        高效的方法是用仿真软件得出电路开环BODE图来设计控制环路。市面的仿真软件非常多,功能也很强大,如Matlab、Pspice等,然而Pspice软件的收敛算法不好,带来了非常多的不便;Matlab软件建模复杂,其补偿器为传递函数或状态方程,需利用电网络理论转化为具体的电路,诸多不便。
        SABER与其他仿真软件相比,具有更丰富的元件库和更精确的仿真描述能力,真实性更好。特别是在电源领域的先天优势,借助其强大的仿真功能缩短电源产品的上市时间。目前,用SABER软件设计控制环路尚不多见,基于此,提出用SABER仿真设计双管正激参数及控制环路。


    1 电路结构
        双管正激拓扑结构如图1所示,工作原理为:VT1、VT2同时导通,同时关断;VT1与VT2导通时,电源经高频变压器T,快恢复二极管VD3向负载输出能量,经L给C充电;VT1与VT2关断时,输出电流由快恢复二极管VD4续流,同时变压器原边绕组的励磁电流经VD1-UiN-VD2向电源反馈能量。由于VD1与VD2的箝位,VT1与VT2的开关应力等于电源电压。与单管正激电路相比,多用一个开关管,电压应力为单管的一半,不存在漏感尖峰,变压器无需磁通复位绕组,适用于较高输入电压的中、大功率等级场合。

    2 控制环路的设计方法
        系统稳定的条件:系统回路开环BODE图,在剪切频率处幅值斜率为-20dB/dec,且至少有45°的相位裕度。
        控制环路的设计步骤:
        (1)根据应用要求设计主电路。
        (2)由SABER仿真器得出主电路的BODE图。
        (3)根据实际要求和限制条件确定剪切频率ωc,对电源产品,剪切频率通常为开关频率的1/4或者1/5。
        (4)根据系统稳态精度的要求及剪切频率决定补偿放大器的类型和各频率点。使低频段增益高,一般电源产品的低频段设计成I型系统,以保证稳态精度;中频段带宽处的斜率为-20dB/dec,且有足够的相位裕度(即y>45°);高频段增益衰减快,减少高频干扰;用SABER得出补偿后环路的开环频响曲线,验证系统的稳定性。

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