梁永清+黃志強(qiáng)

摘要： 針對硬開關(guān)PWM變換器的開關(guān)損耗大的問題，主電路采用ZVS PWM全橋變換器電路拓?fù)洹Ｍㄟ^變壓器原邊隔直電容與變壓器漏感的諧振作用，實(shí)現(xiàn)功率管零電壓開關(guān)?？刂齐娐坊赨C3879設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。開關(guān)變換器將電流峰值作為控制對象，電流內(nèi)環(huán)降階處理等效為一個(gè)比例環(huán)節(jié)，電壓外環(huán)采用帶電容反饋的PI調(diào)節(jié)器。推導(dǎo)了整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并對調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。通過Matlab仿真及實(shí)驗(yàn)測試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性。使系統(tǒng)達(dá)到良好的控制指標(biāo)。

關(guān)鍵詞： 移相全橋軟開關(guān)； 控制電路； 電壓電流雙環(huán)控制； ZVS

中圖分類號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1004?373X（2014）08?0156?03

Research on phase?shift full?bridge soft?switching converter controlled by double loops

LIANG Yong?qing， HUANG Zhi?qiang

（School of Electrical Engineering， Guangxi University， Nanning 530004， China）

Abstract： ZVS （zero?voltage?switching） PWM full?bridge converter circuit topology is adopted in the main circuit to eliminate the energy loss caused by the hard?switching PWM converter. The zero?voltage switching of power tube was realized according to the resonance effects of transformer leakage inductance and primary blocking capacitor. The double?loop control system of the control circuit was designed based on UC3879. Switching converter takes current peak as the controlling object. The reduced order processing of current inner?loop is equivalent as a proportional link. The PI regulator with capacitive feedback is adopted in the voltage outer?loop. The transfer function of the whole system was derived. The regulator parameters was set. The correctness of the result was validated through Matlab simulation and experimental testing. The fine control index of the system was achieved.

Keywords： phase?shift full?bridge soft switching； control circuit； voltage and current double?loop control； ZVS

0引言

硬開關(guān)模式使得功率管開通和關(guān)斷損耗大，開關(guān)電壓電流應(yīng)力大，電壓尖峰[dudt]與電流尖峰[didt]高，且開關(guān)過程中產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾。軟開關(guān)技術(shù)是利用諧振電路在開關(guān)管電壓降為零時(shí)使開關(guān)開通（零電壓開關(guān)ZVS），較好解決了硬開關(guān)PWM變換器的開關(guān)損耗大的問題。UC3879系列移相諧振控制器將定頻脈寬調(diào)制技術(shù)與諧振技術(shù)和零電壓開關(guān)技術(shù)結(jié)合在一起，有效提高了工作頻率和工作效率[1?2]。

1主電路ZVS移相全橋電路拓?fù)?/p>

主電路電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。[CT1~CT4]為功率開關(guān)管[T1~T4]的寄生電容或外接電容，[DT1~DT4]分別是相應(yīng)功率開關(guān)管寄生二極管，[Cb]為變壓器原邊串聯(lián)隔直電容， [LR]為諧振電感，它包括變壓器漏感。[LF]為輸出濾波電感。[T1]和[T2]組成超前橋臂， [T3]和[T4]組成滯后橋臂。

圖1 主電路結(jié)構(gòu)圖

2ZVS移相全橋DC/DC軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)

2.1功率器件軟開關(guān)狀態(tài)分析

功率管零電壓開關(guān)是借助于開關(guān)管并聯(lián)電容和變壓器漏感的諧振作用實(shí)現(xiàn)的。功率管開通前，利用變壓器漏感中的儲(chǔ)能對結(jié)電容充放電使并聯(lián)二極管先導(dǎo)通，強(qiáng)迫功率管兩端電壓降為零，從而實(shí)現(xiàn)零電壓狀態(tài)下導(dǎo)通；由于電容電壓不能躍變，利用結(jié)電容電壓的緩升作用實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷[3]。

實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通的能量主要來自于輸出濾波電感[LF]和諧振電感[LR]中的儲(chǔ)能。在能量轉(zhuǎn)換中[LF]對超前橋臂和滯后橋臂的貢獻(xiàn)是不同的。滯后橋臂開關(guān)過程中，輸出二極管[D1]和[D2]均導(dǎo)通使變壓器副邊短路，[LF]不起作用。此時(shí)用來實(shí)現(xiàn)ZVS的能量只是[LR]的能量。由于[LR<

2.1.1滯后管[T4]實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷

關(guān)斷[T4]時(shí)，原邊電流儲(chǔ)能向[CT3]和[CT4]轉(zhuǎn)移，使[CT3]迅速放電；同時(shí)又給[CT4]充電。[CT4]上的電壓是從零緩緩上升的， [T4]實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷。

2.1.2滯后管[T3]實(shí)現(xiàn)零電壓開通

關(guān)斷[T4]后[DT3]自然導(dǎo)通，將[T3]的電壓強(qiáng)制為零，只要[T3]和[T4]驅(qū)動(dòng)電壓之間的死區(qū)時(shí)間大于電容的充放電時(shí)間， [T3]就能在零電壓狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)開通。

2.1.3引入隔直電容[Cb]

隔直電容的作用：一是實(shí)現(xiàn)一次電流復(fù)位；二是防止工作過程中直流偏磁而導(dǎo)致變壓器飽和。輕載時(shí)隔直電容與變壓器漏感的諧振作用，可使得滯后管開通前原邊電流接近為零，實(shí)現(xiàn)近似零電流關(guān)斷。通常按公式[Cb=IpmaxDmax2fΔUmax]選取。其中[Ipmax]表示變壓器原邊最大電流；[f]表示功率管的開關(guān)頻率；ΔUmax取最小整流輸出電壓的10%。通過計(jì)算[Cb]電容值取6 μF。

2.2實(shí)驗(yàn)波形分析

2.2.1主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

輸入電壓：400 V；輸出電壓：48 V；輸出電流：25 A；開關(guān)頻率：50 kHz；效率：η>85%；輸出最大功率：1 500 W； 最大占空比：Dmax=0.85；功率變壓器變比N：5.7；功率變壓器原副邊匝數(shù)：[8234]；隔直電容：6 μF；輸出濾波電感：61.8 μH；輸出濾波電容：3 300 μF。

2.2.2超前橋臂和滯后橋臂波形觀測

根據(jù)理論計(jì)算對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了安裝調(diào)試，檢測功率管的零電壓開關(guān)的實(shí)現(xiàn)情況。圖2和圖3分別為超前橋臂和滯后橋臂開關(guān)管漏源電壓、電流波形。根據(jù)開關(guān)管漏源電壓與電流之間的相位關(guān)系來判斷是否工作在零電壓狀態(tài)。對于MOSFET管，其內(nèi)部寄生電容比較大，對ZVS關(guān)斷有利，對ZVS開通不利。管子損耗主要發(fā)生在開通時(shí)，因此對MOSFET管主要觀察其零電壓開通的情況。圖2中超前橋臂開關(guān)管開通之前，漏源電壓下降已經(jīng)很低，表明開關(guān)管近似實(shí)現(xiàn)了零電壓開通。圖3中滯后橋臂開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，漏源電壓下降接近到零，移相控制已實(shí)現(xiàn)了零電壓開通。

圖2 超前橋臂電壓電流波形圖

圖3 滯后橋臂電壓電流波形

3 控制電路雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

DC/DC變換器采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的峰值電流控制，如圖4所示。輸出電壓與基準(zhǔn)電壓相比較，輸出的誤差電壓經(jīng)調(diào)節(jié)器補(bǔ)償校正后，得到峰值電流的控制信號(hào)。開關(guān)變換器將電流峰值作為控制對象，電流內(nèi)環(huán)可降階處理，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的簡化設(shè)計(jì)。峰值電流控制模式具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、補(bǔ)償電路簡化的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)限流與過流保護(hù)。使系統(tǒng)達(dá)到良好的控制指標(biāo)。

3.1雙閉環(huán)控制系統(tǒng)及其傳遞函數(shù)

3.1.1電流環(huán)的設(shè)計(jì)[3]

通常功率器件的開關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電壓環(huán)的交越頻率。電流內(nèi)環(huán)相當(dāng)于一個(gè)電流受控放大器，可等效為一個(gè)比例環(huán)節(jié)，簡化后的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

電流內(nèi)環(huán)簡化為比例環(huán)節(jié)后，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：[GI(s)=IlUc=Ki=iLiLN×M×Rs=57]

式中：N為變壓器變比；[Rs]為檢測電阻；M為霍爾傳感器變比。

圖4 簡化的電流環(huán)

圖5 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

功率對象相當(dāng)于恒定電流對于輸出電容[Co]充電[Uo=ILsCo]功率級(jí)的傳遞函數(shù)：

[GP(S)=1SCo=13300×10-6S]

電壓環(huán)的反饋函數(shù)：

[H(s)=UoUref=2.550=0.05=Kf]

3.1.2電壓環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

電壓環(huán)調(diào)節(jié)器采用帶電容反饋的PI調(diào)節(jié)器。增加極點(diǎn)的作用是減弱系統(tǒng)高頻增益，有效抑制高頻噪聲的干擾。設(shè)計(jì)控制器是根據(jù)被控對象的傳遞函數(shù)繪制系統(tǒng)繪制伯德圖。首先確定系統(tǒng)交越頻率[fco]，然后設(shè)定中頻段對數(shù)幅頻特性斜率為-20 dB/（°）；最后調(diào)整增益曲線，保證系統(tǒng)具備較大的相位裕量，以滿足穩(wěn)定性要求。

傳遞函數(shù)：

[GC(s)=1+Rv2CvzsRv1Rv2CvzCvps2+(Cvp+Cvz)Rv1s]

電壓環(huán)的控制對象傳遞函數(shù)為 ：

[G(s)=GI(s)GP(s)H(s)=KIKfsCo=57×0.05s×3300×10-6=576S]

增益為：

[GI(s)GP(s)H(s)=576jω=5762πf=91.7f]

系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)過程如下[4]：

（1） 開關(guān)頻率[fk]取50 kHz，為避免在輸出中出現(xiàn)較大的開關(guān)紋波，交越頻率[fco]取5 000 Hz。

（2） 在交越頻率處，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

[G(s)=91.75000=0.0183]

（3） 在交越頻率處，調(diào)節(jié)器的增益為：K=[1G]（s）=54.6。[RV2RV1=54.6]，設(shè)計(jì)中[RV1]取100 Ω，則[RV2]應(yīng)取5.6kΩ。

（4） 計(jì)算零極點(diǎn)的電容值[CVZ]和[CVP]。選擇轉(zhuǎn)折頻率[fz]和[fp]，使它們滿足[fcofz=fpfco]。[fp]與[fz]相距越遠(yuǎn)，相位裕量就越大。但是[fz]過低會(huì)使低頻增益減小，削弱低頻紋波的衰減效果。[fp]選得過大，高頻會(huì)增大，就會(huì)放大高頻噪聲尖峰。一般大于45°，設(shè)計(jì)中極點(diǎn)[fP]取50 kHz，則零點(diǎn)設(shè)置在500 Hz。

[Cz=12πRv2fz=12π×5.6×103×500＝0.057μF ]

[Cp=12πRv2fp=12π×5.6×103×50000＝0.56nF ]

3.2Matlab繪制幅頻，相頻特性仿真分析

系統(tǒng)總的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ：

[Go(s)=GC(s)GI(s)GP(s)H(s)=0.2578s+804s2(26.22×10-12s+8.282×10-6)]

由Matlab繪制伯德圖，如圖6所示。曲線為系統(tǒng)經(jīng)校正補(bǔ)償后的總開環(huán)對數(shù)幅頻與相頻特性。由圖中可以看出，系統(tǒng)在交越頻率處的相角裕度約76°，滿足了相角裕量的設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能都達(dá)到了較好的校正效果。

圖6 系統(tǒng)總開環(huán)傳遞函數(shù)幅頻、相頻特性曲線

4結(jié)語

本設(shè)計(jì)DC/DC采用移相全橋電路，輸出采用全波整流電路。通過Matlab軟件對雙閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，證明調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)是正確的，保證系統(tǒng)獲得良好動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能。通過實(shí)驗(yàn)裝置對功率管零電壓軟開關(guān)效果進(jìn)行測試，表明功率管可實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，從而降低變換器的開關(guān)損耗。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈現(xiàn)慶，張秀，鄭爽.開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2012.

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[3] 楊興龍.軟開關(guān)電力操作電源的研制[D].南寧：廣西大學(xué)，2006.

[4] 吳慧芳.移相全橋倍流整流DC/DC變換器的研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2007.

[5] 魏偉，李軍，魏嵐婕.一種軟開關(guān)電力操作電源的研究[J].電力電子技術(shù)，2007，41（11）：47?49.

[6] 呂延會(huì)，張?jiān)?，羅書克.移相全橋零電壓軟開關(guān)諧振電路研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（5）：71?74.

[7] CHOI Hang?Seok， KIM Jung?Won， CHO Bo Hyung. Novel zero?voltage and zero?current?switching （ZVZCS） full?bridge PWM converter using coupled output inductor [J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2002， 17（5）： 641?648.

[8] 張友榮，錢亮，胡亮.一種基于UC3879 的新型軟開關(guān)DC/DC 移相全橋變換器[J].電氣自動(dòng)化，2011，33（3）：68?70.

[9] 胡紅林，李春華，邵波.移相全橋零電壓PWM 軟開關(guān)電路的研究[J].電力電子技術(shù)，2009，43（1）：12?14.

[10] 李宏，榮軍.峰值電流控制在移相全橋變換器中的技術(shù)研究[J].電力電子技術(shù)，2008，42（1）：81?83.

圖2 超前橋臂電壓電流波形圖

圖3 滯后橋臂電壓電流波形

3 控制電路雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

DC/DC變換器采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的峰值電流控制，如圖4所示。輸出電壓與基準(zhǔn)電壓相比較，輸出的誤差電壓經(jīng)調(diào)節(jié)器補(bǔ)償校正后，得到峰值電流的控制信號(hào)。開關(guān)變換器將電流峰值作為控制對象，電流內(nèi)環(huán)可降階處理，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的簡化設(shè)計(jì)。峰值電流控制模式具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、補(bǔ)償電路簡化的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)限流與過流保護(hù)。使系統(tǒng)達(dá)到良好的控制指標(biāo)。

3.1雙閉環(huán)控制系統(tǒng)及其傳遞函數(shù)

3.1.1電流環(huán)的設(shè)計(jì)[3]

通常功率器件的開關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電壓環(huán)的交越頻率。電流內(nèi)環(huán)相當(dāng)于一個(gè)電流受控放大器，可等效為一個(gè)比例環(huán)節(jié)，簡化后的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

電流內(nèi)環(huán)簡化為比例環(huán)節(jié)后，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：[GI(s)=IlUc=Ki=iLiLN×M×Rs=57]

式中：N為變壓器變比；[Rs]為檢測電阻；M為霍爾傳感器變比。

圖4 簡化的電流環(huán)

圖5 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

功率對象相當(dāng)于恒定電流對于輸出電容[Co]充電[Uo=ILsCo]功率級(jí)的傳遞函數(shù)：

[GP(S)=1SCo=13300×10-6S]

電壓環(huán)的反饋函數(shù)：

[H(s)=UoUref=2.550=0.05=Kf]

3.1.2電壓環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

電壓環(huán)調(diào)節(jié)器采用帶電容反饋的PI調(diào)節(jié)器。增加極點(diǎn)的作用是減弱系統(tǒng)高頻增益，有效抑制高頻噪聲的干擾。設(shè)計(jì)控制器是根據(jù)被控對象的傳遞函數(shù)繪制系統(tǒng)繪制伯德圖。首先確定系統(tǒng)交越頻率[fco]，然后設(shè)定中頻段對數(shù)幅頻特性斜率為-20 dB/（°）；最后調(diào)整增益曲線，保證系統(tǒng)具備較大的相位裕量，以滿足穩(wěn)定性要求。

傳遞函數(shù)：

[GC(s)=1+Rv2CvzsRv1Rv2CvzCvps2+(Cvp+Cvz)Rv1s]

電壓環(huán)的控制對象傳遞函數(shù)為 ：

[G(s)=GI(s)GP(s)H(s)=KIKfsCo=57×0.05s×3300×10-6=576S]

增益為：

[GI(s)GP(s)H(s)=576jω=5762πf=91.7f]

系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)過程如下[4]：

（1） 開關(guān)頻率[fk]取50 kHz，為避免在輸出中出現(xiàn)較大的開關(guān)紋波，交越頻率[fco]取5 000 Hz。

（2） 在交越頻率處，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

[G(s)=91.75000=0.0183]

（3） 在交越頻率處，調(diào)節(jié)器的增益為：K=[1G]（s）=54.6。[RV2RV1=54.6]，設(shè)計(jì)中[RV1]取100 Ω，則[RV2]應(yīng)取5.6kΩ。

（4） 計(jì)算零極點(diǎn)的電容值[CVZ]和[CVP]。選擇轉(zhuǎn)折頻率[fz]和[fp]，使它們滿足[fcofz=fpfco]。[fp]與[fz]相距越遠(yuǎn)，相位裕量就越大。但是[fz]過低會(huì)使低頻增益減小，削弱低頻紋波的衰減效果。[fp]選得過大，高頻會(huì)增大，就會(huì)放大高頻噪聲尖峰。一般大于45°，設(shè)計(jì)中極點(diǎn)[fP]取50 kHz，則零點(diǎn)設(shè)置在500 Hz。

[Cz=12πRv2fz=12π×5.6×103×500＝0.057μF ]

[Cp=12πRv2fp=12π×5.6×103×50000＝0.56nF ]

3.2Matlab繪制幅頻，相頻特性仿真分析

系統(tǒng)總的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ：

[Go(s)=GC(s)GI(s)GP(s)H(s)=0.2578s+804s2(26.22×10-12s+8.282×10-6)]

由Matlab繪制伯德圖，如圖6所示。曲線為系統(tǒng)經(jīng)校正補(bǔ)償后的總開環(huán)對數(shù)幅頻與相頻特性。由圖中可以看出，系統(tǒng)在交越頻率處的相角裕度約76°，滿足了相角裕量的設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能都達(dá)到了較好的校正效果。

圖6 系統(tǒng)總開環(huán)傳遞函數(shù)幅頻、相頻特性曲線

4結(jié)語

本設(shè)計(jì)DC/DC采用移相全橋電路，輸出采用全波整流電路。通過Matlab軟件對雙閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，證明調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)是正確的，保證系統(tǒng)獲得良好動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能。通過實(shí)驗(yàn)裝置對功率管零電壓軟開關(guān)效果進(jìn)行測試，表明功率管可實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，從而降低變換器的開關(guān)損耗。

參考文獻(xiàn)

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[8] 張友榮，錢亮，胡亮.一種基于UC3879 的新型軟開關(guān)DC/DC 移相全橋變換器[J].電氣自動(dòng)化，2011，33（3）：68?70.

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[10] 李宏，榮軍.峰值電流控制在移相全橋變換器中的技術(shù)研究[J].電力電子技術(shù)，2008，42（1）：81?83.

圖2 超前橋臂電壓電流波形圖

圖3 滯后橋臂電壓電流波形

3 控制電路雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

DC/DC變換器采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的峰值電流控制，如圖4所示。輸出電壓與基準(zhǔn)電壓相比較，輸出的誤差電壓經(jīng)調(diào)節(jié)器補(bǔ)償校正后，得到峰值電流的控制信號(hào)。開關(guān)變換器將電流峰值作為控制對象，電流內(nèi)環(huán)可降階處理，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的簡化設(shè)計(jì)。峰值電流控制模式具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、補(bǔ)償電路簡化的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)限流與過流保護(hù)。使系統(tǒng)達(dá)到良好的控制指標(biāo)。

3.1雙閉環(huán)控制系統(tǒng)及其傳遞函數(shù)

3.1.1電流環(huán)的設(shè)計(jì)[3]

通常功率器件的開關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電壓環(huán)的交越頻率。電流內(nèi)環(huán)相當(dāng)于一個(gè)電流受控放大器，可等效為一個(gè)比例環(huán)節(jié)，簡化后的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

電流內(nèi)環(huán)簡化為比例環(huán)節(jié)后，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：[GI(s)=IlUc=Ki=iLiLN×M×Rs=57]

式中：N為變壓器變比；[Rs]為檢測電阻；M為霍爾傳感器變比。

圖4 簡化的電流環(huán)

圖5 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

功率對象相當(dāng)于恒定電流對于輸出電容[Co]充電[Uo=ILsCo]功率級(jí)的傳遞函數(shù)：

[GP(S)=1SCo=13300×10-6S]

電壓環(huán)的反饋函數(shù)：

[H(s)=UoUref=2.550=0.05=Kf]

3.1.2電壓環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

電壓環(huán)調(diào)節(jié)器采用帶電容反饋的PI調(diào)節(jié)器。增加極點(diǎn)的作用是減弱系統(tǒng)高頻增益，有效抑制高頻噪聲的干擾。設(shè)計(jì)控制器是根據(jù)被控對象的傳遞函數(shù)繪制系統(tǒng)繪制伯德圖。首先確定系統(tǒng)交越頻率[fco]，然后設(shè)定中頻段對數(shù)幅頻特性斜率為-20 dB/（°）；最后調(diào)整增益曲線，保證系統(tǒng)具備較大的相位裕量，以滿足穩(wěn)定性要求。

傳遞函數(shù)：

[GC(s)=1+Rv2CvzsRv1Rv2CvzCvps2+(Cvp+Cvz)Rv1s]

電壓環(huán)的控制對象傳遞函數(shù)為 ：

[G(s)=GI(s)GP(s)H(s)=KIKfsCo=57×0.05s×3300×10-6=576S]

增益為：

[GI(s)GP(s)H(s)=576jω=5762πf=91.7f]

系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)過程如下[4]：

（1） 開關(guān)頻率[fk]取50 kHz，為避免在輸出中出現(xiàn)較大的開關(guān)紋波，交越頻率[fco]取5 000 Hz。

（2） 在交越頻率處，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

[G(s)=91.75000=0.0183]

（3） 在交越頻率處，調(diào)節(jié)器的增益為：K=[1G]（s）=54.6。[RV2RV1=54.6]，設(shè)計(jì)中[RV1]取100 Ω，則[RV2]應(yīng)取5.6kΩ。

（4） 計(jì)算零極點(diǎn)的電容值[CVZ]和[CVP]。選擇轉(zhuǎn)折頻率[fz]和[fp]，使它們滿足[fcofz=fpfco]。[fp]與[fz]相距越遠(yuǎn)，相位裕量就越大。但是[fz]過低會(huì)使低頻增益減小，削弱低頻紋波的衰減效果。[fp]選得過大，高頻會(huì)增大，就會(huì)放大高頻噪聲尖峰。一般大于45°，設(shè)計(jì)中極點(diǎn)[fP]取50 kHz，則零點(diǎn)設(shè)置在500 Hz。

[Cz=12πRv2fz=12π×5.6×103×500＝0.057μF ]

[Cp=12πRv2fp=12π×5.6×103×50000＝0.56nF ]

3.2Matlab繪制幅頻，相頻特性仿真分析

系統(tǒng)總的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ：

[Go(s)=GC(s)GI(s)GP(s)H(s)=0.2578s+804s2(26.22×10-12s+8.282×10-6)]

由Matlab繪制伯德圖，如圖6所示。曲線為系統(tǒng)經(jīng)校正補(bǔ)償后的總開環(huán)對數(shù)幅頻與相頻特性。由圖中可以看出，系統(tǒng)在交越頻率處的相角裕度約76°，滿足了相角裕量的設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能都達(dá)到了較好的校正效果。

圖6 系統(tǒng)總開環(huán)傳遞函數(shù)幅頻、相頻特性曲線

4結(jié)語

本設(shè)計(jì)DC/DC采用移相全橋電路，輸出采用全波整流電路。通過Matlab軟件對雙閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，證明調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)是正確的，保證系統(tǒng)獲得良好動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能。通過實(shí)驗(yàn)裝置對功率管零電壓軟開關(guān)效果進(jìn)行測試，表明功率管可實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，從而降低變換器的開關(guān)損耗。

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