双闭环控制改进型反激变换器的设计与实现

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随着电子产品的小型化、智能化发展趋势,反激变换器因其高频变压器电感取值灵活、具有电气隔离功能、方便实现多路输出等优势,在中小功率场合备受青睐。以反激变换器为主电路拓扑的高性能开关电源的设计已逐渐成为电源领域的一个重要研究分支。本文针对传统反激变换器电路系统进行研究和改进,主要工作如下:(1)介绍了几种基本的非隔离型和隔离型变换器,分析了反激变换器的工作模式及常用调制技术;对反激变换器主电路拓扑中的高频变压器参数、功率管选型、输出端滤波电路进行了设计;为了吸收功率开关管的尖峰脉冲,在主电路拓扑中设计了RCD箝位电路。(2)对反激变换器的控制策略进行了详细分析和设计。对比分析了反激变换器环路控制方法中单闭环和双闭环控制策略的特点;基于双闭环控制芯片UC3842设计了电压环和电流环反馈回路;为了进一步降低电源损耗,对控制芯片UC3842进行了上电复位电路设计。(3)对反激变换器双闭环控制系统进行了优化改进。为了克服传统反激变换器电路中由于滤波电路和光耦合器引入的零极点造成的系统不稳定、动态性能较差问题,对反激变换器主电路、PWM模块、电流采样环路建立数学模型,构建了反激变换器小信号模型;采用单零点单极点补偿网络,对补偿网络参数进行设计和计算。(4)为了进一步提高反激变换器的输出精度和抗干扰能力,在零极点控制的改进基础上将双闭环变论域模糊PI控制策略应用于反激变换器的控制电路中。由于伸缩因子的引入,控制系统的自适应能力更强。Simulink仿真结果表明:零极点校正控制模式有效提高了系统的动态性能和稳定性;双闭环变论域模糊PI控制应用到反激变换器后输出电压稳态误差比传统控制方法更小、动态调节时间更短。(5)在Saber仿真环境下搭建和调试了双闭环控制的反激变换器电路模型,仿真结果均达到设计指标要求;用Altium Designer软件对双环控制反激变换器系统进行了原理图和PCB版绘制,制作了实验样机并给出了测试分析结果。
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