本科毕业设计（论文）双管正激同步整流变换器***燕山大学2012年6月本科毕业设计（论文）双管正激同步整流变换器学院（系）：里仁学院专业：08应电2班学生姓名：***学号：***指导教师：***答辩日期：2012/6/17燕山大学毕业设计（论文）任务书Abstract摘要随着电力电子变换器在通讯系统的广泛应用，低压大电流功率变换器成为一个重要的研究方向。
文章详细介绍了双管正激变换器的拓扑结构及工作原理，阐述了其拓扑结构的特点。
利用状态空间平均法推导出该变换器的小信号模型，以此为基础设计出电压控制模式的闭环设计思想，并指出了如何进行反馈补偿器的设计。
本文采用电压型控制，对该控制方案做了详细的分析和设计。
对于高频整流环节，由于传统的二极管整流电路正向压降大而导致损耗大，极大地影响整个变换器的工作效率，而无法满足低电压大电流开关电源高效率、小体积的需要。
新一代的功率MOSFET由于具有导通电阻极低的特点而成为低电压大限流功率变换器的首选整流器件。
本文介绍了利用功率MOSFET构成同步整流电路的工作原理、驱动方式，并对整流MOSFET的双向导电特性进行了说明。
关键词双管正激；电压型控制；同步整流II摘要With the power electronic converters in communication systems widely used, low-voltage high-current power converters to become an important research direction. The article describes in detail a two-transistor forward converter topology structure and working principle, the characteristics of its topology. State space averaging method to derive the small-signal model of the converter, as the basis for the closed-loop voltage control mode design ideas, and pointed out how the design of feedback compensators. In this paper, voltage control, the control program to do a detailed analysis and design.The link for the high-frequency rectifier, the forward voltage drop of the diode rectifier circuit big lead to loss, which greatly affect the efficiency of the converter, unable to meet the needs of low-voltage high-current switching power supply high efficiency, small volume. A new generation of power MOSFET with low-resistance characteristics to become the preferred deadline flow of low-voltage power converter rectifiers. This article describes the use of power MOSFET synchronous rectifier circuit works, drive way, two-way electrical properties and rectifier MOSFET are described.Keywords tow-transistor forward converter；V oltage mode controlSynchronous rectificationI目录摘要 (VII)Abstract ............................................................................................................. V III 第1章绪论.. (11)1.1开关电源的发展 (11)1.2低电压、大电流的开关电源的开发 (11)1.3本章小结 (13)第2章双管正激的拓扑结构及原理分析 (14)2.1主电路构成 (14)2.2工作原理 (14)2.3电容C的作用 (15)2.4正激变换器的小信号模型的推导与分析 (15)2.5电压型控制 (21)2.6开关电源的频域建模 (22)2.6.1 电气系统建模 (22)2.6.2 系统的稳定性和稳定裕度 (23)2.6.3电压型控制正激变换器 (24)2.6.4 普通误差放大补偿器的设计 (26)2.6.5 极点——零点补偿器 (26)2.7本章小结 (29)第3章同步整流管双向导电特性及整流损耗分析 (30)3.1同步整流技术介绍 (30)3.2肖特基整流管的损耗分析 (30)3.3同步整流的工作原理和特性 (31)3.3.1 同步整流的基本工作原理 (31)3.3.2同步整流管的主要参数 (33)3.4同步整流的驱动方式 (34)3.4.1 外驱动与自驱动同步整流 (34)3.4.2电压型自驱动同步整流 (35)3.4.3 电流型自驱动同步整流 (38)3.5SR的控制时序与同步整流电路 (39)3.6本章小结 (41)第4章主电路及控制电路参数的设计 (42)4.1主电路参数设计 (42)4.2控制电路参数设计 (44)4.3补偿网络(误差放大器) (48)4.4本章小结 (49)第5章实验结果及分析 (50)结论 (53)参考文献 (54)致谢 (55)附录1 (56)附录2 (59)附录3 (62)附录4 (69)附录5 (85)第1章绪论1.1 开关电源的发展按电力电子的习惯称谓，AC-AC称为整流，DC-DC称为逆变，AC-AC 称为交流-交流直接变频，DC-DC称为直流-直流变换器。
为达到转换目的，手段是多样的。
20世纪60年代前，研发了半导体器件，并以此器件为主实现这些转换。
电力电子科学从此形成并有了近30年的迅速发展。
所以，广义地说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成为另一形态的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称为开关电源（switching power supply）。
开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，因为它是转换的核心，涉及频率变换。
目前DC-DC变换中所用的频率提高最快，它在提高频率中碰到的开关过程、损失机制，为提高效率而采用的方法，也可作为其他转换方法参考。
本文研究的对象为双管正激变换器，它是一种直流功率变换器，直流功率变换器按输入与输出之间是否有电气隔离可分为两类：非隔离直流变换器和隔离直流变换器。
隔离直流变换器通常是在非隔离变换器拓扑的基础上，加入变压器实现输入输出间的电气隔离。
1.2低电压、大电流的开关电源的开发（1）低电压、大电流变换器的要求数据处理系统的速度和效率日益提高，新一代微处理器的逻辑电压低达1.1-1.8V，而电流50-100A，其供电电源——低电压、大电流输出DC-DC变换器模块，又称为电压调整器模块（VRM）。
新一代未处理器对VRM的要求是：输出电压很低，输出电流大，电流变化率高，响应快等。
（2）双管正激电路的特点及发展现状单管正激式和反激式开关电源的高频变压器只工作在磁滞回线的第一象限，只有单一方向的磁通，利用率不高；推挽式电路的按对称转换的原则工作，两个开关管轮流导通，磁芯双向磁化，但是每一时刻原边只有一个绕组有电流流过，绕组的利用率和效率较低，如果副边绕组也带中心抽头，则燕山大学本科生毕业设计（论文）绕组利用率更低；半桥式变换器的开关管在开关时开关电压值减小为直流输入的一半，但与推挽式变换器相比，输出相同的功率，开关管导通时的电流增加了一倍；全桥式变换器的变压器与半桥式变换器一样都工作于一、三象限，磁芯双向磁化，变压器的利用率较高，理论上开关管电压应力为输入电压，输出相同功率，开关管流过的电流为半桥式变换器的一半，因而可以应用在较大功率的场合。
但是推挽式、半桥式、全桥式变换器均存在变压器磁通不平衡即直流偏磁问题，这是由开关管的开关特性差异或驱动的不对称引起的，需要采用电流型控制策略或在变压器初级串入一隔直电容加以抑制。
双管正激变换器由于结构简单、可靠性好、成本低廉、在工业领域的大中小功率场合得到了广泛的应用。
双管正激变换器把两只开关管串接起来使用，变压器原边串接在两个功率管中间，并在两个功率开关管与变压器两端并联一个二极管，使开关管上承受的电压为输入电压的1/2，降低了开关管的电压应力，较单管正激变换器相比更适应与输出大功率场合，而且其磁复位也比单管正激变换器容易。
而和反激变换器相比，其变压器不再起点感作用，而是一个完全意义上的变压器，只起输入输出隔离和电压变化的作用，只储存激磁所需的少量能量。
双管正激变换器的自身结构可以看作是有一个开关管跟一个二极管串联组成的两个桥臂构成，所以不存在桥臂直通的问题，相对于全桥、半桥变换器来说可靠性好。
随着DC-DC变换器技术的发展，软开关、谐振变换技术的应用，DC-DC 变换器电路的工作方式，从最初的硬开关PWM式，向谐振式和谐振PWM 式方向发展。
每一种工作方式都有它的优点和不足，往往适用于某一种或应用场合。
正激变换电路适用于小功率DC-DC变换器中，而且其控制方便等优点而得到广泛的应用。
（3）同步整流在开关电源中的应用随着超大规模集成电路的集成度越来越来高、尺寸不断减小、工作频率不断提高和功耗不断降低，其供电电源的电压也随之要求越来越低、电流却不断增大。
例如新一代高速数据处理系统要求电源输出80-100A，0.8-1.2V。
输出电压为3-5V的DC-DC开关变换器，一般采用肖特基势垒二极管作为输出整流管，由于材料物理特性和制造工艺水平的限制，其正向压降约第1章绪论为0.3-0.6V、甚至达到1V，大电流时的通态功耗很大在输出电压低于3V的开关变换器的总损耗中将占主要比重，例如可能达到50%。
而现代高速集成电路的电源电压，以降低到几乎可以和SBD正向电压科比的程度。