单端正励变换器的建模与仿真
1.直流—直流变换器（DC —DC 变换器）
直流-直流变换器是将一种直流电压变换成另一种符合负载要求的直流电压的电力电子装置。其工作原理是利用电力电子器件的高速的开关性能，将直流电首先变换成脉冲列，然后经滤波电路得到满足负载要求的直流电，所以又叫直流斩波器（Copper ）。直流斩波器的基本电路有降压型（Buck ） 、升压型（Boost ）和升-降压型（Buck-Boost ）三种基本形式。
2降压型电路（Buck 型电路）
降压型斩波电路的主电路结构如图1所示，图中 S 为电力电子开关，可用全控型电力电子器件来实现，也可用晶闸管加适当的换流电路来实现。电力电子开关按照一定的规律周期性地开通和关断，其工作周期为T ，开关接通的时间为T on ，关断的时间为 T off ，
T =T on +T off （1）
T on 与T 的比值为占空比D
T
Ton
T
（2）
图1降压型斩波器主电路
3.加入隔离变压器的降压变换器（单端正励变换器）
按照输入与输出间是否有电气隔离，可分为非隔离DC/DC 变换电路和带隔离变压器的隔离DC/DC 变换电路
根据电路中主功率开关器件的个数，分可为单管、双管和四管三类。 单管隔离：正激、反激，单端变换器（磁通单方向） 双管隔离：推挽和半桥
四管隔离：全桥。多管变换器（磁通双方向）
根据变压器的磁芯磁复位方法的不同，正激电路包含多种不同的拓扑结构。在电路输入端接复位绕组是最基本的磁芯磁复位方法。
是输出整流二极管、 VD2单端正励变换器的电路如图3：开关S采用PWM控制方式、VD
1
是续流二极管、L和C是输出滤波电感和滤波电容。隔离变压器有三个绕组，标有“?”
是复位绕组的串连二极管。
的一端为同名端。 VD
3
图2单端正励变换器原理图
4.单端正励变换器工作原理分析
正激电路在一个开关周期内经历开关导通、关断2个状态，如图3和图4所示。
图3开关S导通状态
图4开关S关断状态
① t 0~t 1时段
S 导通，变压器励磁，绕组W 1的电压为上正下负，副边绕组W 2的电压也是上正下负，VD 1导通，VD 2截止，L 电流逐渐增长。
（3）
（4）
由（3）和（4）可得： （5）
（6）
② t 1~t 2时段
S 关断 （7）
（8）
VD 1关断，VD 2导通，电感L 电流通过VD 2续流， uVD 2=0，并逐渐下降 。
（9）
VD 3导通 （10）
（11）
励磁电流经W 3和VD 3流回输入端，变压器磁复位。在磁复位未完成前，即 t 1~t r 时段，开关承受的电压为:
（12）
dt
d N u w Φ-=1
1dt
d N u w Φ-=2
2in w U dt
d N u =Φ
=1
1dt
d N u w Φ=2
2dt
d N u w Φ=3
3in
w U N N u 1
22=dt d N u w Φ
-=3
3in w U dt
d N u -=Φ-=3
3in w U N N u 3
1
1-
=131S in
N u U N ??=+ ???
变压器磁复位完成后， 即 t r ~t 2时段，开关承受的电压u s =U
in
图5 正激电路主要电压
S 开通后，励磁电流i m 由0开始，线性增长，直到S 关断。S 关断后到再一次开通的时间内，必须设法使i m 降回到零，否则下一个开关周期中， i m 将在剩余值基础上继续增加，依次累积，变得越来越大，从而导致变压器的励磁电感饱和，励磁电感饱和后，i m 会更加迅速地增长，最终损坏电路中的开关器件。使i m 降回到零的过程称为变压器的磁复位。 根据变压器在t0~t1时段磁通的增加量等于在t1~tr 时段磁通的减小量，等效为图中两阴影矩形面积（电压伏秒面积）相等
（13）
励磁电流电流下降到0所需的复位时间为：
（14）
只有保证， 才能使变压器磁芯可靠复位。
在输出滤波电感电流连续的情况下，正激电路的输入输出电压关系为：
1
1103
()()in r in N U t t U t t N -=-3311011
()rst
r on
N N
t t t t t t N N =-=-=off rst
t t >
（15）
可见，正激电路的输出电压和降压（Buck ）型电路非常相似，仅有的差别在于变压器的变比。实际上，正激电路就是一个插入隔离变压器的Buck 电路。输入输出电压关系可以看成是：将输入电压按变压器的变比折算至变压器二次侧后，根据Buck 电路得到的。由于在开关导通时电源能量直接传至负载，所以成为称正激电路。
图6正激电路磁复位过程
5.单端正励变换器的matlab 仿真
仿真步骤如下：
（1）打开MATLAB7.0，建立一个model 文件。
（2）找到所需元件，将元件放置到模型板上，并使用导线连接元件模型。 （3）设置参数，具体如下： 直流电压源：amplitude 设为100v ；
脉冲发生器Pulse Generator ： period 设为1e-4，pulse width 设为40（占空比为0.4），其他设置为默认。
变压器参数设置如下图：
2
22200111
11on T t on o VD in in in
t N N N U u dt U dt U DU T T N N T N ====??
仿真电路图如下
图8 仿真电路图
6.仿真结果分析
由图7可知，变压器的变压比为10:3，而脉冲发生器的占空比为0.4，通过公式（15）计算可知，输出电压应为0.3X0.4X100v=12v，而实际上的输出电压为11.4v，输出电压波动幅度为0.9v，波形较为平滑。将占空比改为0.3之后，输出电压变为8.3v，较好的实现了变压可控的效果。
仿真的波形图如下：
图9波形图
由波形图可以看出，在T on时刻，D1截止，D2导通，D3截止，续流电感电流增加，开关管两端电压增加。
在T off 时刻，D1导通，D2截止，D3导通，续流电感开始放电，电流减小，而复位绕组电压减小。
通过分析可知，仿真电路较好的实现了预想的效果。
目录 摘要................................................................................................................................ I 1 设计原理 . (1) 1.1 半桥变换器 (1) 1.1.1 半桥逆变器的概述 (1) 1.1.2 半桥变换器的电路结构及原理 (1) 1.1.3 半桥变换器的输入输出关系式 (3) 1.2 全桥变换器 (2) 1.2.1全桥逆变器的概述 (2) 1.2.2 全桥变换器的结构及原理 (2) 1.2.3 全桥变换器的输入输出关系式 (2) 2 仿真电路的设计 (2) 2.1 半桥变换器仿真电路 (2) 2.2 半桥变换器参数设置 (2) 2.3全桥变换器仿真电路 (2) 2.4 全桥变换器参数设置 (2) 3 仿真结果及分析 (2) 3.1 半桥电路仿真分析 (2) 3.2 全桥电路仿真分析 (2) 3.3 综合比较与分析 (2) 心得体会............................................................................................ 错误！未定义书签。参考文献.. (2)
摘要 随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。而开关电源实质上就是直流DC/DC转换器。本设计采用的是隔离式DC/DC转换器。将400V的直流电先进行逆变，通过变压器隔离变压后再进行整流，最后的得到接近于25V的直流稳压电源。 由于逆变主电路以及整流主电路的形式多种多样，本次设计中逆变主电路结构采用半桥式和全桥式两种，整流主电路采用全波整流和桥式整流，因此最后的方案有四种，分别是：半桥全波变换器，半桥桥式变换器，全桥全波变换器以及全桥桥式变换器。这四种方案各有特色，也各有优缺点。 关键词：半桥变换，全桥变换，MATLAB仿真
基于TOPSwitChⅡ的单端反激开关电源的建模及动 态分析 O 引言 开关电源以其小型、轻量和高效率的特点，而被广泛地应用于以电子汁算机为主导的各种终端设备、通信设备中，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一环，而开关电源性能的优劣也将直接关系到整个系统的安全性与可靠性。开关稳压电源有多种类型，其中单端反激式开关电源，由于线路简单，所需要的元器件少，而受到重视。为使开关电源具有更好的动态稳定性，本文首先将开关电源从功能和结构上分成3个部分，求出各部分的内部参数，及相互之间的关系，然后运用动态小信号平均模型的基本原理求得各部份的传递函数，最后对3个部分传递函数组成的一个整体闭环系统进行分析，以求达到最佳的控制效果。 1 系统模型的建立 图1为单端反激式开关电源控制系统的结构图，由3个重要部分组成，即调节器、开关器件和高额变压器。其中凋节器为TL431，由美国德州仪器公司(TI)和摩托罗拉公司生产；开关器件为TOP227，由Power Integrations(简称PI)公司于1994年推出的TOPswitchⅡ系列芯片。电路的工作原理是：输出电压的取样(取样系数为α)反馈给调节器的一个输入端与另一输入端的给定信号Ug(TL431内部的电源提供，其大小为2.5V)进行比较，输出为电流Ic；Ic控制开关器件的占空比；高频变压器和输出整流滤波组成的一个整体，把原边的能量转换到副边输出。各种因素的变化最终导致电源的输出量发生变化，通过调节器使得输出趋于稳定。
要对系统进行动态分析必须对每个环节建立明确的数学描述，即给出它们具体的传递函数。在建模的过程中，运用动态小信号平均模型的基本原理，分别对3部分模型进行推导。 1.1 调节器部分 调节器部分是以TL43l为主要器件构成的电路，在模型推导的过程中，结合电路的基本原理和元器件在实际模型中的功能将电路简化，最后对最简化的电路图进行建模。 图2为TL431及外围元器件构成的电路图(虚线框内为TL431的内部结构图)，可以简化为图3。具体的简化步骤及原理如下：TI431内部电路中三极管的作用是使误差放大器的输出反相，所以图3中采用反向运放，等效替代TL431内部特性。二极管VO是为了防此K-A间电源极性接反而损坏芯片，起保护作用，建模时可忽略，而f-g导线本质上给芯片提供工作电压，建模时也可以忽略。由R1、R2和电源Ui组成的网络，由戴维南等效电路可汁算出Req和Ui′的值。
黑龙江大学课程设计说明书 学院：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：电力电子技术 设计题目：桥式直流PWM变换器仿真 姓名： 学号： 指导教师： 成绩：
目录 第一章课程设计的性质和目的 (2) 第二章课程设计的内容 (2) 第三章设计报告要求 (2) 第四章参考资料 (2) 第五章课程设计的题目 (3) 第六章课程设计的内容 (3) 6.1总体电路的功能框图及其说明 (3) 6.2单相桥式PWM逆变电路 (3) 6.3控制电路 (4) 6.4驱动电路 (5) 6.5缓冲电路 (6) 6.6双极性PWM控制方式 (6) 6.7单极性PWM控制方式 (9) 第七章心得与体会 (11) 第八章参考文献 (13) 附录：评分标准 (14)
一、课程设计的性质和目的 性质：是电气自动化专业的必修实践性环节。 目的： 1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。 2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。 5、提高学生课程设计报告撰写水平。 6、加深理解《电力电子技术》课程的基本理论； 7、初步掌握电力电子电路的设计方法。 二、课程设计的内容： 1、整流电路的选择 2、整流变压器额定参数的计算 3、晶闸管（全控型器件）电压、电流额定的选择 4、平波电抗器电感值的计算 5、保护电路（缓冲电路）的设计 6、触发电路（驱动电路）的设计 7、画出完整的主电路原理图和控制电路原理图 8、用MATLAB进行仿真，观察结果 三、设计报告要求 依据“课程设计说明书”（电子文档）的模板格式撰写。内容应包括： 1、主电路设计说明 2、控制电路设计说明 3、仿真结果讨论（说明是否达到设计指标的要求） 4、附录：主电路和控制电路原理图 四、参考资料 电力电子技术教材及相关资料
Buck-boost 变换器的建模与控制 一、平均开关模型 图1给出buck-boost 变换器电路和它的开关网络电路。 v v + - a ） i 2 b) 图1 buck-boost 变换器及开关网络 a) buck-boost 变换器 b) 开关网络 开关导通时，端口电压、电流方程： 1212(t)(t)(t)0v (t)0v (t)v(t)v (t) g i i i =??=? ? =??=-? 开关关断时：此时，端口电压、电流方程： 12 12(t)0(t)(t)v (t)v (t)v(t)v (t)0g i i i =? ?=-?? =-??=? 平均化后的端口网络方程为：
1' 2'1 2 (t)d(t)(t)(t)d (t)(t)v (t)=d (t)(v (t)v(t)) v (t)=d(t)(v(t)v (t)) g g i i i i ?=?=-? ?-??-? 因为端口网络的电流和电压的幅值相同，因此，可以直接得到基本变换器开关网络的小信号交流平均模型，如图4所示。 Λ Λ 2 ' 图4 开关网络的直流及小信号交流平均开关模型 将开关网络带入到buck-boost 变换其中，可得到如图5所示的buck-boost 变换器的的直流及小信号交流平均开关模型。 + - V +v Λ g V +v g Λ 图5 buck-boost 变换器的直流及小信号交流平均开关模型 二、buck-boost 变换器的传递函数 为了方便推导buck-boost 变换器传递函数，利用和其等效的小信号交流模型如图所示。
v g Λ v(s) Λ 图6 buck-boost 变换器的小信号交流平均模型 对图6中的小信号模型，设置扰动源d=0Λ ，可得到图7和图8所示的简化电路。 v g Λ v(s) Λ ' 图7扰动源d=0Λ 时，buck-boost 变换器的小信号交流等效电路 v(s) Λ 图8扰动源d=0Λ 时，buck-boost 变换器的小信号最简等效电路 由图8中的电路，列写方程可以得到输出和输入电压之比，即电路的传递函数： 2 v ' (s)0 '1s (s)1(s)g g d R v D SC G SL D v R SC D Λ Λ Λ == =- ?+（）
作业：桥式可逆PWM变换器的主电路由四个IGBT组成一个H桥，并且每一个IGBT上均反并联有电力二极管，电力二极管起到续流的作用 采用以下2种方式进行仿真，并进行比较分析： ●Simulink的SimPowerSystems ●OrCAD PSpice 要求在文件组中画出详细的原理图、给出元件的详细模型和参数、仿真设置参数和仿真结果并进行分析。 讨论分类情况如下： （一）占空比为90％时对系统的分析; （二）占空比为50％时对系统的分析; （三）占空比为10％时对系统的分析; 在上面所分的三大类中，每一种又分为三小类。 从而对该系统的分析尽量达到全面。三小类为： ①电动机所带负载为轻载时的情况； ②电动机所带负载为适当负载时的情况； ③电动机所带负载为重载时的情况； 1、Simulink的SimPowerSystems
（1）原理图如下图所示 （2）元器件参数设置脉冲发生器： 逻辑算符：
IGBT： 直流电机参数： 直流电机的励磁电压110V，励磁电流0.5A，额定转速2400r/min，负载转矩1.15N·m。（一）、占空比为90％时对系统的分析;
电动机所带负载为轻载时的情况； 1、电机的输出电压波形图： 2、电机的转速、电枢电流、励磁电流、转矩的波形图： 电动机所带负载为适当负载时的情况；
1、电机的输出电压波形图： 2、电机的转速、电枢电流、励磁电流、转矩的波形图：
1、电机的输出电压波形图： 2、电机的转速、电枢电流、励磁电流、转矩的波形图： 从以上波形图可以看出，当占空比为90％时，电机的输出电压在不同负载的情况下不受影响。而转速在不同的负载下是变化的，轻载时转速略高于额定转速；适当负载时为额定转速；重载时低于额定转速。电机启动时会产生较大的电枢电流，当转速趋于平稳的时候电枢电流趋近于零。转矩的变化跟电枢电流近似。 （二）占空比为50％时对系统的分析;
高效单端正激DC/DC变换器 高效单端正激DC/DC变换器 类别：电源技术 作者：西安交通大学王 鹤杨宏（西安710049）来源：《电源技术应用》 摘要：介绍一种特殊的单端正激DC/DC变换器，该变换器具有较高的功率传输效率和较大的功率输出。 关键词：单端正激变换器 高效 1 引言 DC/DC变换器广泛应用于通信、计算机及汽车等领域，近年来DC/DC 变换器技术有了很大的发展，重点是研究高效、高功率输出、结构简单和价廉的变换器。 本文介绍一种特殊的单端正激200W48V/24V变换器，由于电路的特殊结构，该变换器具有稳定性好、效率高、功率密度高等优点。 2 电路设计 该DC/DC变换器的控制电路选用TL494，它是一种性能优良、功能齐全的集成控制器，功能框图如图1所示，主要管脚功能如下： 12脚：接电源正端，电压范围7V～40V。 7脚：公共负端。 14脚：输出5V基准电压。 6脚：外接定时电阻RT，常取数kΩ以上。 5脚：外接定时电容CT，产生锯齿波电压送比较器和死区时间比较器，振荡频率为 f=1/RTCT 4脚：死区时间控制，输入直流电压（0～4）V，控制TL494输出脉冲的占空比=0.45～0，在此基础上，占空比还受反馈信号控制，4脚还常用作软起动控制端，使输出脉冲宽度由0逐渐达到设计值。
13脚：输出方式控制，当U13=0时，用于驱动单端电路。 TL494的内部包含两个相同的误差放大器，它们的输出端经二极管隔离后送至比较器的同相端，与反相端的锯齿电压相比较，并决定输出电压的宽度，调宽过程可由3脚上的电压来控制，也可分别经误差放大器进行控制。两个放大器独立使用，用于反馈电压和过流保护，3脚接RC网络，提高整个电路的稳定性。完整电路原理如图2所示。 输出电压UO经R1和R2分压后加到1脚，当UO变化时，误差放大器1的输出电压随之改变，即与锯齿波电压的比较电平发生改变，比较器输出的脉冲宽度改变，通过TL494输出的驱动脉冲改变开关管的导通时间，从而实现调宽稳压的目的。基准电压（14脚）另一路通过R9和R10分压后加到误差放大器的反相端15脚，同相端16脚接过流保护电阻R12的一端，当输出电流超过20A时，误差放大器2输出高电平，随之使开关管的导通时间变短，关断输出。 另外，为了提高整个电路的功率传输效率，该单端正激变换器未采用加去磁绕组的方案，去磁由接到变压器T次级电路的二极管、电容来完成。在设计时应精确计算电容的取值，确保磁通复位，二极管选用超快速恢复型，同时为防止变压器磁通饱和，在次级电路中采用直流隔离电容C8。磁性材料选用日本TDK公司的PC40。 3 实验结果 在实验过程中，进行了多次严酷环境下的老化实验，结果表明，该设计方案是可靠的，变换器的各项参数如下： 输入电压：（40～60）V； 输入电流：5A（满载时）； 输出电压：24V； 电压调整率：0.02％(40～60)V输入时； 额定输出功率：200W； 峰值功率：400W； 效率：92％。 4 结语 该设计方案采用了独特的正激拓朴结构，从原理上提高了DC/DC变换器的效率，经过长时间的老化和各种恶劣环境下的实验，证明该设计方案是可行的。
单端反激式DC/DC 开关电源变压器的设计全过程， 变压器的参数计算： （1） 变压器的设计要求： 输出电压：10V ～3KV ，8mA （变压器输出之后三倍压） 输入电压：24 1V ±工作频率：50KHZ 最大占空比：45％ 变换效率：80％ （2） 基本参数计算： 输入最小电压： min IN V =－ IN V V ＝24－1－0.5 ＝22.5V 输出功率： OUT OUT OUT P U I = 30000.00824()W =×=输入功率： OUT IN P P η= 2430()0.8 W == （3） 选择磁芯： 由于输出功率为24W ，需要留有一定的余量，选择磁芯的型号为：EI-28。其具体参数如下： 材料：PC40；尺寸：28.0*16.75*10.6（mm）；P A ：0.6005（） ；：86 4cm e A 2mm W A ：69.83； ：4300；2mm L A 2/nH N S B ：500mT （） 390mT （10） 25o C 0o C 使用时为防止出现磁饱和，实取磁通密度m B = 250 mT （4） 粗略估计匝数比以及最大占空比（通过实际计算） min (1)OUT MAX IN MAX V D N V D ?= 30000.5522.50.45 ×=× 162.9=（求出结果后然后取整为Nm ） 因为匝数比可以根据设计理念修正为M N ＝165，从而可以产生新的MAX D
min OUT MAX M IN OUT V D N V V = + 300022.51653000 =×+ 44.7%= （5） 计算初级平均电流，峰值电流和电流的有效值 由于输出功率为24W ，用电流连续模式（CCM ）比较适合。这里取为0.6 RP K .min min IN OUT P AVG IN IN P P I V V η= = 240.822.5 =× 1.333A =.1[1]2 P AVG P RP MAX I I K D =? 1.333(10.50.6)0.447= ?×× 4.26A =.P RMS P I I = = 2.054A =.P RMS I －电流有效值，P I －峰值电流，.P AVG I －平均电流，（RP K R RP P I K I = ）电流比例因数，MAX D －最大占空比； 利用Krp 的值可以定量描述开关电源的工作模式，若Krp=1.0，即峰值电流和脉动电流相等，开关电源工作在断续模式；若Krp<1.0,峰值电流大于脉动电流，开关电源工作在连续模式。对于给定的交流输入范围，Krp 越小意味着更为连续的工作模式和较大的初级电感量，并且Ip 和Irms （初级有效值电流）较小。 （6） 计算初级电感： 2min min 1()(12 IN MAX RP IN ON P R OUT RP V D K V t L I P fK η?==)
目录 摘要 ................................................................................................................................................ I 1 设计原理 (1) 1.1 半桥变换器 (1) 1.1.1 半桥逆变器的概述 (1) 1.1.2 半桥变换器的电路结构及原理 (1) 1.1.3 半桥变换器的输入输出关系式 (3) 1.2 全桥变换器 (3) 1.2.1全桥逆变器的概述 (3) 1.2.2 全桥变换器的结构及原理 (4) 1.2.3 全桥变换器的输入输出关系式 (5) 2 仿真电路的设计 (6) 2.1 半桥变换器仿真电路 (6) 2.2 半桥变换器参数设置 (6) 2.3全桥变换器仿真电路 (8) 2.4 全桥变换器参数设置 (9) 3 仿真结果及分析 (10) 3.1 半桥电路仿真分析 (10) 3.2 全桥电路仿真分析 (11) 3.3 综合比较与分析 (12) 心得体会......................................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献.. (13)
摘要 随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。而开关电源实质上就是直流DC/DC转换器。本设计采用的是隔离式DC/DC转换器。将400V的直流电先进行逆变，通过变压器隔离变压后再进行整流，最后的得到接近于25V的直流稳压电源。 由于逆变主电路以及整流主电路的形式多种多样，本次设计中逆变主电路结构采用半桥式和全桥式两种，整流主电路采用全波整流和桥式整流，因此最后的方案有四种，分别是：半桥全波变换器，半桥桥式变换器，全桥全波变换器以及全桥桥式变换器。这四种方案各有特色，也各有优缺点。 关键词：半桥变换，全桥变换，MATLAB仿真
正激变换器 实际应用中，由于电压等级变换、安全、系统串并联等原因，开关电源的输入输出往往需要电气隔离。在基本的非隔离DC DC-变换器中加入变压器，就可以派生出带隔离变压器的DC DC-变换器。例如，单端正激变换器就是有BUCK变换器派生出来的。 一工作原理 1 单管正激变换器 单端正激变换器是由BUCK变换器派生而来的。图（a1）为BUCK 变换器的原理图，将开关管右边插入一个隔离变压器，就可以得到图（a2）的单端正激变换器 图（a1）BUCK变换器
图（a2）单端正激变换器 BUCK 变换器工作原理： 电路进入平恒以后，由电感单个周期内充放电量相等， 由电感周期内充放电平恒可以得到： ?==T dt L u T L U 001
即： 可得： 单端正激变换器的工作原理和和BUCK 相似。 其工作状态如图如图（a3）所示： 图（a3）单端正激变换器工作状态 开关管Q 闭合。如图所示，当开关管Q 闭合时的工作状态如图a4所示， ? ? =- -ON ON t T t o o i dt U dt U U 0 )(i i ON o o o i OFF o ON o i DU U T t U T D U DT U U t U t U U == -=-=-)1()()(
图（a4） 根据图中同名端所示，可以知道变压器副边也流过电流，D1导通，D2截止，电感电压为正，变压器副边的电流线性上升。在此期间，电感电压为： O I L U U N N u -= 1 2 开关管Q 截止。开关管截止时，变压器副边没有电流流过，副边电流经反并联二极管D2续流，在此期间，电感电压为负，电流线性下降: O L U U -= 在稳定时，和BUCK 电路一样，电感电压在一个周期内积分为零，因此： ()S O S I T D U DT U U N N ?-?=??? ? ??-1120 得： I O DU N N U 1 2= 由此可见，单端正激变换器电压增益与开关导通占空比成正比，
单端反激变换器的建模及应用仿真 摘要：本课程设计的目的是对直—直变换电路中常用的带隔离的Flyback电路（反激电路）进行电路分析、建模并利用Matlab/Simulink软件进行仿真。首先是理解分析电路原理，以元件初值为起点，用simulink软件画出电路的模型、并且对电路进行仿真，得出仿真波形。在仿真过程中逐步修正参数值，使得仿真波形合乎要求，并进行电流连续、断续模式与电路带载特性的分析。 关键词：单端反激变换器 Matlab/Simulink 建模与仿真 二、反激变换器的基本工作原理 1.基本工作原理 （1）当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管VD截止，变压器储存能量，负载由输出电容C提供能量，拓扑电路如下图。 图2-1开关管导通时原理图 为防止负载电流较大时磁心饱和，反激变换器的变压器磁心要加气隙，降低了磁心的导磁率，这种变压器的设计是比较复杂的。 （2）当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量，原理图如下图。
图2-2开关管截止时原理图 在开关管关断时，反激变换器的变压器储能向负载释放，磁心自然复位，因此反激变换器无需另加磁复位措施。磁心自然复位的条件是：开关导通和关断时间期间，变压器一次绕组所承受电压的伏秒乘积相等。 2、DCM(discontinuous current mode)&CCM(continuous current mode) 根据次级电流是否有降到零，反激可以分为DCM(副边电流断续模式）和CCM（副边电力连续模式）两种工作模式。两种模式有其各自的特点。下面两种工作模式时的波形。 图2-3反激变换器工作在CCM下的各个波形
目录 摘要 1 设计原理 (1) 1.1 开关电源 (1) 1.2半桥逆变器 (1) 1.2.1半桥逆变器的概述 (1) 1.2.2 半桥变换器的电路结构及作用 (2) 1.2.3 半桥变换器的工作原理 (3) 1.3 全桥变换器 (3) 1.3.1全桥变换器的概述 (3) 1.3.2 全桥变换器的结构及作用 (4) 1.3.3 全桥变换器的工作原理 (5) 2 仿真电路的设计 (6) 2.1 半桥变换器仿真电路 (6) 2.2 全桥变换器的仿真电路图 (8) 3 仿真结果及分析 (10) 4 小结 (13) 参考文献 (14)
桥式变换器的仿真 1 设计原理 1.1 开关电源 开关稳压电源的种类很多，有BUCK变换器、BOOST变换器、BUCK/BOOST 变换器、正激变换器、反激变换器、推挽式变换器、半桥变换器、全桥变换器等，本次设计研究的是半桥和全桥变换器。 对开关电压的研究十分有意义，这是由于该开关电源有很多优越性： 1、效率高。开关电源的调整开关管工作在开关状态，截止期间，开关管无电流，因此不消耗功率，可大大提高效率，通常课达到80%~90%左右。而传统的调整串联型稳压电源的晶体管一直工作在放大区，全部负载电流都通过晶体管，功耗就较大，因而效率很低，一般只在50%左右。 2、功耗小。由于开关管在开关状态，功耗小，不需要采用打散热器。而且功耗校使得机内温升低，周围环境不会长期工作在高温环境下而损坏，有利于提高整机的可靠性和稳定性。 3、稳定范围宽。当开关电源输入电压在150~250V范围内变化时，都能达到很好的稳压效果，输出电压的变化在2%以下。而且在输入电压发生变化时，始终能保持稳压电路的高效率。因此开关稳压电源适用于电网电压波动很大的地区。 4、安全可靠。开关稳压电路一般具有自动保护电路，当稳压电路、高压电路、负载出现故障或短路时，能自动切断电源，保护功能灵敏可靠。 1.2半桥逆变器 1.2.1半桥逆变器的概述 半桥逆变器实际上是由两个单端正激变换器组合而成的。其中一个桥臂有两个特性相同、容量相等的电容器承担，每个电容承担二分之一的电源电压；另一
《开关电源》作品设计论文 设计题目：单端正激开关电源设计 学院名称：电子与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：电气091班 姓名：陈永杰学号：09401170131 指导教师：孔中华 2012 年 5 月25 日
宁波工程学院开关电源论文 摘要 开关电源非常广泛地应用在通讯、计算机、汽车和消费电子产品等领域。电源设备用以实现电能变换和功率传递，是各种电子设备正常工作的基础，而高频高效小型开关电源又是开关电源发展的必然趋势，在通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等领域得到了越来越多的广泛应用。 在深入研究分析各种开关电源原理和特点的基础上，根据导师根据项目布置的指标要求，论文设计了一种单端正激式高频单路输出开关电源。该开关电源的特点是以单端正激式为主拓扑，以电流型控制芯片UC3842和高频变压器为核心，采用EMI滤波器、MOSFET、输出滤波电路、采样反馈通道等主要元器件和电路模块，实现了单路稳定输出。 论文所设计的开关电源输入为市电220V交流，输出电压为10V直流电压，输出最大电流为40A，开关频率为200KHZ。论文采用面积乘积法(AP)，确定了高频变压器的原副边形式以及铁芯材料的选择，设计了输出电路、系统补偿器以及启动电路和EMI滤波电路。 论文设计好后，对所设计的单端正激式高频开关电源电路系统进行全面仿真，仿真结果表明，各项指标符合要求。 而后，做出实物，调试显示：该开关电源的输出电压调整特性、负载调整率、输出纹波、动态响应、温度变化等均满足了项目的指标要求，并且具有良好的过载、短路保护特性和波形特性，各项技术指标能够达到信息平台的供电要求。 关键词：高频开关电源；单端正激式；AP法变压器 II
实例讲解电源高频变压器的设计方法开关电源高频变压器设计高频变压器是电源设计过程中的难点， 下面以反馈式电流不连续电源高频变压器为例， 向大家介绍一种电源高频变压器的设计方法。 设计目标： 电源输入交流电压在180V~260V之间，频率为50Hz， 输出电压为直流5V、14A，功率为70W，电源工作频率为30KHz。 设计步骤： 1、计算高频变压器初级峰值电流Ipp 由于是电流不连续性电源，当功率管导通时，电流会达到峰值，此值等于功率管的峰值电流。 由电感的电流和电压关系V=L*di/dt 可知： 输入电压：Vin(min)=Lp*Ipp/Tc 取1/Tc=f/Dmax， 则上式为： Vin(min)=Lp*Ipp*f/Dmax 其中： V in：直流输入电压，V Lp：高频变压器初级电感值，mH Ipp：变压器初级峰值电流，A Dmax：最大工作周期系数 f：电源工作频率，kHz 在电流不连续电源中，输出功率等于在工作频率下的每个周期内储存的能量，其为：Pout=1/2*Lp*Ipp2*f 将其与电感电压相除可得： Pout/Vin(min)=Lp*Ipp2*f*Dmax/(2*Lp*Ipp*f) 由此可得：Ipp=Ic=2*Pout/(Vin(min)*Dmax) 其中：Vin(min)=1.4*Vacin(min)-20V(直流涟波及二极管压降)=232V， 取最大工作周期系数Dmax=0.45。则： Ipp=Ic=2*Pout/(Vin(min)*Dmax)=2*70/(232*0.45)=1.34A 当功率管导通时，集极要能承受此电流。 2、求最小工作周期系数Dmin 在反馈式电流不连续电源中， 工作周期系数的大小由输入电压决定。 Dmin=Dmax/[(1-Dmax)*k+Dmax] 其中：k=Vin(max)/Vin(min) Vin(max)=260V*1.4-0V(直流涟波)=364V， 若允许10%误差，Vin(max)=400V。 Vin(min)=232V， 若允许7%误差，Vin(min)=216V。 由此可得： k=Vin(max)/Vin(min)=400/216=1.85 Dmin=Dmax/[(1-Dmax)*k+Dmax]=0.45/[(1-0.45)*1.85+0.45]=0.31 因此，当电源的输入直流电压在216V~400V之间时，
概要 ? 2?设计要求 ? 2.LC参数的设计 ? 3?小信号模型的建立 拿4.串联超前滞后补偿网络的设计 ? PSIM中对电路波形的仿真 oost变换器电路参数设计要求 ? 1. 1技术指标 *输入电压：V=500v 输出电压：V= 700v *开关频率：50kHz ?额定功率：10.5kw
亿”2 G ?心心 Boost 变换器系统电路图结构 Boost 变换器的负反馈控制系统传递函数图 其中4(、为占空比至输出的传递函数,6(?为PWM 脉宽调制器的传递函数. 表希反 備通路的传递函数， 为补偿网络的传递函数。 其中 为未加补偿网络时的回路增益函数，称之为原始回路增益 函数Q3 为待设计的补偿网络函数
LC 参数的选取 *田已知可得：输岀额定电流:/<)= A =j°lr 10 =i54 % -- * 占空比：D=1-^ =2.857 &严伫= 46.6670 ?求解 临界电感 ° * ?当变换器工作在临界状态时，其电感电流波形如图所示: V -匕 V V 」_■- 7)7；=』(1 一 /刀 7； = 2/° = 2」 L L R I =匕 Q(1 — OF c _ ~~27^ .计算得 Q= 0.068mH 选取 厶竝选L=0.08mH 电容值的选取 ?二极管关闭时，电容向负载提供直流电流, 7(X) *田此，得出临界电感值如下: ?二极管开通，同时向电容以及负载提供 ?电流，电容充放电荷量相同。 AV =也==比。7, ° C C RC 取纹波z\V ；)vl2V ?临界电容由公式得 1)X1。 A X AV 0,2857x15 50x10*12 = 7 」“F ?在此选U >￡? C = 9pF 2 Boost 变涣殊临界状态电感电流波形
《电力电子电路的计算机仿真》 综合训练报告 前言 电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。 电力电子技术是综合了电子电路、电机拖动、计算机控制等多学科的知识，是一门实践性和应用性很强的课程。由于电力电子器件自身的开关非线性，给电力电子电路的分析带来的了一定的复杂性和困难，因此一般常用波形分析的方法
来研究。本文就基于MATLAB软件，利用进行桥式整流电路的计算机仿真分析。 设计一单相桥式整流电路，输入电压为220V，输出电压100V，负载电阻为10欧姆，电感为1H，开关器件选用晶闸管。 设计一三相桥式整流电路，输入电压为220V，输出电压100V，负载电阻为10欧姆，电感为1H，开关器件选用晶闸管。 完成上述桥式整流电路的设计，并进行计算机仿真，观察输出电压、电流波形、系统输入电压、电流波形、电压电流波形的谐波情况、不同仿真条件时系统输入输出的变化情况和理论分析的结果进行比较。 关键词：桥式整流电路晶闸管计算机仿真 目录 第一章 MATLAB仿真软件 (3) 1.1 MATLAB简介 (3) 1.2 Simulink简介 (4) 第二章晶闸管简介 (6) 2.1 晶闸管的结构及工作原理 (6) 2.2 可关断晶闸管 (7) 第三章整流电路方案的确定 (9) 3.1 单相整流方案的确立与工作原理 (9)
电力电子建模与控制 基于BUCK变换器反馈控制设计 专业：电气工程 姓名：________ 荏 学号：13S053072
BUCK 变换器反馈控制设计 第一部分：设计目标 图1 Buck 变换器系统 根据给定的条件，要求完成以下设计任务： 1?建立系统的传递函数TF ; 2. 给定参数：主电感 L 50 H R C 0.05 ,V g 30V V 。 15V ，R 5 C 100 F ,R 0 。设计补偿网络Gc(s); 3. 画出补偿前后系统传递函数的bode 图； 4. 讨论补偿传递函数Gc(s)对于系统零点、极点、输出调节、输出阻抗及对 系统动态性能的影响。 第二部分：传递函数的建立与仿真 、系统开环传递函数建立: 图2 统一电路模型 对于给定的buck 变换器电路，如图1所示。 |?|
表1 BUCK 变换器统一电路模型参数 i) 1. BUCK 变换器占空比至输出传递函数 G vd (s): 由以上模型和参数课求得占空比至输出的传递函数 G vd (s): 2. 主拓扑参数选择: 本文控制系统中反馈电阻选择：R X 1bbk ,R y 1bbk ，即反馈系数 1 H(s)孑开关频率为f s 1bbkHz ，参考电压为5V ，锯齿波幅值3V 。 3. 工作方式： 根据BUCK 变换器电流连续与断续状态的临界电感公式为 1 D?V g D 2 T s D ? 利用Matlab 软件画出G b (s)的bode 图，如图3所示，从图中可以看出，系 统的幅值裕度无穷大，然而，相角裕度比价小，只有 Pm=15.7deg 不符合系统的 要求。 CgnwTW C, V g (R sR c RC) G vd (s) R (L R c RC) s LC (R R c ) s 2 (1) 1 crit 2L 代入给定的参数值，可知, 电感电流 I I crit ，电路工作在连续CCM 模式。 二、补偿前系统传递函数 bode 图 1?原始回路增益函数G 0(s) G b (s) H(s)G.(s)G vd (s) V g (R sRRC & RV m 1 s(R F C RC s 2 LC(R R) (3) 代入相应数值后 100 1 100 1OO 3 2.补偿前系统传递函 G b (s) 5 30(5 2.5 10 s) 5 7.5 10 5 s 25.25 10 9 s 2 bode 图 5 2.5 10 5 s 1 1.5 10 5 s 5.05 109 s 2
单端正激电路的分析和设计 一、工作原理 如图： Q1导通时，副边二极管D1导通，D2截止，电网通过变压器T1向负载R L输送能量，此时输出滤波电感L0储存能量。 当Q1截止时，电感的储能通过续流二极管D2向负载释放，D1截止。 N3与二极管D3串联起到去磁复位的作用。 注意：复位绕组对变压器工艺的要求，要求耦合好又要绝缘好。 还有其它形式复位电路如RCD复位电路LCD复位电路 输出电压V0= N S ×T ON ×E N P T N S/N P为副边原边匝比 T ON/T为导通时间与周期的比，即导通占空比 E为原边绕组电压 二、正激电路的设计 设计前我们要给定电路设计的一些指标参数，总结为： 1、开关频率 2、输入电压范围:Vin min—Vin max 3、输出负载范围:Io min—Io max 4、输出电压范围:Vo min—Vo max 5、滤波电感电流的纹波: △I L f 6、输出电压纹波:△Vo 第一步：工作频率的确定 工作频率对电源体积以及特性影响很大，必须很好地选择。 工作频率高时，输出滤波器和输出变压器可小型化，过渡响应速度快。但主开关元件、输出二极管、输出电容以及输出变压器的磁芯，还有电路设计等都受到限制。另外，还要注意输出变压器绕组匝数。
第二步：最大导通时间（Ton max）的确定。 Ton max=T×Dmax 对于正向激励D选为0.4~0.45较适宜。Dmax是设计电路时的一个重要参数，它对主开关元件，输出二极管的耐压与输出保持时间，输出变压器以及输出滤波器的大小，变换效率等都有很大影响。 第三步：变压器次级输出电压的计算 Vs min= （Vo max＋V L＋V F）×T Ton max Vs min：变压器次级最低电压 Vo max：最大输出电压 V L：电感线圈压降 V F：输出侧二极管的正向压降 第四步：变压器匝比N的计算 N= Vin min Vs min Vin min: 变压器初级最低电压 Vs min：变压器次级最低电压 第五步：变压器初级绕组匝数的计算 因为作用电压是一个方波，一个导通期间的伏秒值与初级绕组匝数关系N P= Vin min ×Ton max×108 (Bm－Br)×S N P：初级绕组匝数 Vin min：变压器初级最低电压 Ton max：最大导通时间 Bm－Br：磁感应强度 S：磁芯有效截面积 第六步：次级绕组匝数的计算 Ns=Np/N N为匝比 第七步：输出滤波电感的计算 L=Vs min－（V F＋Vo max）×Ton max △I L △I L为I O的15%—20% 另外，功率开关器件电流电压耐量的确定， 变压器原副边绕组线径的确定。
单端反激D C D C电路仿 真 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
题目：单端反激DC/DC电路仿真 输入直流电压源，电压28V，输出电压5V，电压纹波小于1%，输出额定功率30W，最小负载电流1A，开关频率50kHz，整流二极管通态压降。计算必须的电感（变压器电感），电容，变压器的变比，功率管的工作占空比等参数，利用simpowersystems建立单端反激电路的仿真模型。 进行DC/DC变换器输出功率20W的仿真，仿真时间。观察并记录MOSFET的工作波形（电压，电流波形），输出整流二极管的工作波形（电压，电流波形）和输出电压波形。 1、参数计算 选择开关管的耐压不高于56V 选择死区时间为 ，则2 . t d， 取效率为% 纹波电压1% 一、负载的仿真。DC/DC变换器输出功率20w，仿真时间。观察并记录MOSFET 的工作波形（电压，电流波形），输出整流二极管的工作波形（电压，电流波形），输出波形。 输出电压5V，输出额定功率20w，可以算出输出电阻为欧姆。参数设置如下。 R=（5V）2/20W=Ω DCM模式
1)MOSFET管通过的电流、电压波形 分析：在MOSFET管关断时，MOSFET两端电压为直流侧电压加上输出侧反应到输入侧的电压之和，当MOSFET管导通时，管子端电压为0V。在MOSFET管关断时，变压器原边电流为0，副边等效电感对电路放电，电流线性降低，在MOSFET管导通时，变压器原边电源对电感充电，原边电流线性增加。 2)二极管电流电压波形 3)输出电压波形 根据仿真，当D=40%时,输出V= 不能满足V=5。 调整占空比是D=53%，则输出电压的平均值为，，电压波动范 围是，满足1%电压纹波的条件。 （2）CCM模式根据波形调试得D=43%,L(pu)= 1)MOSFET管通过的电流、电压波形 2)二极管电流电压波形 3)输出电压波形 输出电压V=电压波动范围是，满足1%电压纹波的条件。 二、总结： 在单端反激式变换器中，整流二极管D的接法使得开关管S闭合时，二极管截至，这是电源输入的能量以磁能的形式储存于变压器中；在开关管截止期间，二极管导通，变压器中储存的能量传输给负载。
单端正激变换器 1、电路拓扑图 2、电路原理 其变压器T1起隔离和变压的作用，在输出端要加一个电感器Lo（续流电感）起能量的储存及传递作用，变压器初级需有复位绕组Nr（此点上我对一些参考书籍存疑，当然有是最好，实际应用中考虑到变压器脚位的问题）。在实际使用中，我也发现此绕组也用RCD吸收电路取代亦可，如果芯片的辅助电源用反激供给则也可削去调整管的部分峰值电压（相当一部份复位绕组）。输出回路需有一个整流二极管D1和一个续流二极管D2。由于其变压器使用无气隙的磁芯，故其铜损较小，变压器温升较低。并且其输出的纹波电压较小。 3、变压器计算 一般来说高频变压器的设计可划分为以下六个步骤： a、选择磁芯材料和磁芯结构形式。 b、确定工作频率，工作最大磁感应强度Bm。 c、计算并初选磁芯型号。 d、计算并调整原、副边匝数。 e、计算并确定导线线径。 f、校核窗口面积和最大磁感应强度Bm。 现就这六个步骤来讨论单端正激式变压器的设计： ★选择磁芯材料和磁芯结构形式 高频变压器磁性材料选择的标准为高初始磁导率μi、低矫顽力Hc、高饱和磁感应强度Bs、低剩磁Br、高电阻率ρ和高居里温度点。磁导率高，变压器工作时励磁电流就小；矫顽力低则磁滞损耗比较小；高饱和磁感应，低剩磁，变压器工作时磁通变化范围DB可以较大，相应减小了变压器体积；高电阻率，高频工作时涡流损耗比较小；高居里温度点，变压器工作温度可以相应提高，但以上各项要求不可能同时得到满足，不同的磁性材料存在其长处也必然存在不足，需视具体应用条件加以选择。一次电源工作频率一般选择在60KHz～150KHz之间，二次电源产品工作频率一般选择在100KHz～400KHz之间，在这个频率范围，宜选用Mn-Zn铁氧体材料，目前二次电源常用的铁氧体材料包括TDK的PC30－PC40，Magnetics的P材料，PHILIP的3F3及899厂的R2KB2等。 磁芯结构形式的选择一是考虑能量传递，二是考虑几何尺寸的限制，三是考虑磁芯截面积和窗口面积的比例，多路输出变压器一般要求有较大的窗口面积，选择EE型、EI型或PQ型磁芯，可具有较大的窗口和良好的散热性，DC/DC模块电源可选用FEY型、FEE型、EUI型等，铃流变压器要求磁芯截面积比较大，可选用GU形磁芯；此外还应考虑变压器的安装，加工方便性，成本等，目前中、大功率通常选用GU 形磁芯，这种磁芯特点是有较大的截面积，漏磁很小，采用国产材料，成本低，但出线需手焊。 ★确定工作频率，最大磁感应强度Bm 考虑高温时饱和磁感应强度Bs会下降，同时为降低高频工作时磁芯损耗，工作最大磁感应在一般选择为2000～2500Gs，工作频率的选择可在设计变压器时进行反推，或先确定再进行调整，AC/DC工作频率一般选择在60KHz～150KHz之间；DC/DC工作频率可选择为100KHz～400KHz之间。 ★计算并初选磁芯型号