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DE类高频调谐功率镌汰年夜器

宣布时间:2010年03月25日 12:03    宣布者:我芯照旧
要害词: 调谐 , 高频 , 功率镌汰年夜器
1 弁言

D类和E类功率镌汰年夜器战胜了A、B、c类功率镌汰年夜器的弱点,使功率器件使命于开关状态。然则在使命频率降低时D类就泛起一些弱点:(1)由于晶体管存在开关时间,假定开关时问占去旌旗暗记周期的较年夜部门时.渡越消耗就显得很是凹陷,镌汰年夜器难以保持高效力使命;(2)两个晶体管能够同时导通或阻拦,由此惹起二次击穿而使功率管破损;(3)发生的波形是矩形波,要用LC谐振电路滤出基波,难免有谐波消耗。是以转换效力减小,这就限制了D类状态的电路使命频率的进一步前进。而E类功率镌汰年夜器对高频晶体管的使命电流和耐压请求比D类要高一些,是以限制了电路输入功率的前进。本文研究的是DE类高频调谐功率镌汰年夜器电路,他综合了D类和E类的优点,使两个功率管类似于D类镌汰年夜器轮替导通,当关断时,功率管两头电压即是电源电压。同时每个功率管的使命状态又能知足E类条件,是以电路既可以使命在与E类类似的高频条件下,又保证了较高的使命效力和较年夜的输入功率。

2 DE类镌汰年夜器的基本电路和使命原理

图1(a)为DE类高频谐振功率镌汰年夜器的电路原理图。其中开关器件为两个功率场效应管S1、S2,Csl、Cs2为开关器件两真个外接电容(网罗了开关的输入电容和漫衍电容之和),L、Lf、cf、R组成负载勾通回路。其中R是电路的等效负载电阻,L为电路中的残剩电感,Lf、cf为理想勾通谐振回路,谐振于旌旗暗记的基波频率,它的作用是保证流过回路的电流波形是理想正弦波。镌汰年夜器等效电路如图l中(b)所示,其中将功率管器件s1、s2等效为理想开关(饱和导通时电阻为零.相当于s闭合;阻拦时电阻无限年夜时,s断开)。

1.gif
图1 DE类功率镌汰年夜器

下面剖析DE类功率镌汰年夜电路的使命历程。在稳态使命下,一个完全的开关周期网罗了四个阶段,下面在一个周期详细形貌其使命历程(0≤θ≤2π,0≤θ≤2π):

(1)当0≤θ≤2/π时,s1闭合、s2断开。此时s1两头电压Vs1为零.s2两头电压Vs2和电容Cs1两头电压均为电源电压Vcc保持稳固。由于负载群集的影响,电流is1有—个上升的历程,is2为零。

(2)当2/π≤θ≤π时,s1、s2断开。谐振回路和电源同时泉源向电容cs1充电.两头徐徐上升至Vcc,s2并联电容cs2泉源放电,两头徐徐减小至零。电流is1、is2为零。

(3)当π≤θ≤3π/2时,s1断开,S2闭合。Vs1为电源电压Vcc,Vs2为零。is2即是负载群集电流。

(4)当3π/2≤θ≤2π时.S1、S2断开。电容Cs1放电,Vs1徐徐减小至零,Cs2泉源充电,Vs2徐徐上升至Vcc。is1、is2为零。

可以看出,DE类高频调谐功率镌汰年夜器电路结构与D类镌汰年夜器类似,都是由两个功率管组成,都使命于开关状态.所谓DE类功率镌汰年夜器的最好使命状态是指每个功率管.E作时都知足E类条件,也就是指每个功率器件的漏源(集电极或阳极)的电压电流波形知足以下三个条件:

(1)从导通到关断转换时,漏源的(集电极或阳极)电压应在功率管关断以后才泉源上升;
(2)从关断到导通转换时,漏极(集电极或阳极)电流应在漏源(集电极或阳极)电压降到零以后才泉源上升;
(3)在从关断到导通转换时,即导通时间,还必须知足电压变换率即是零。

图2是电路丁作时的开关管两头电压和电流波形,可以看出每个开关管都知足E类条件。

2.gif
图2开关两头电压电流波形

电路主要参数的剖析与盘算:

首先从输入真个电压和电流的表达式作为剖析的终点。由等效电路图2—2(b)中可以得出功率镌汰年夜器的基本电路方程,θ为相关于驱动旌旗暗记的初相位:
f1.gif

由以上方程可以看出电路中各个电流与电压的相互关系。其中和是待定参数。

开关的电压和电流必须知足以下条件:
f6.gif

为了使每个开关在使命的时间都能知足E类开关条件,有以下公式:
f10.gif

从式(17)和(18)可以较量得出.在理想状态下电路的功率转换率为100%。

(2) 负载刚络参数:

经由历程以上关于电路丁作时应知足的各个参数的波形方程的形貌,可以由以下方程盘算出电路元器件着实着实切值公式:
f19.gif

3 仿真效果

取电路的仿真参数为Ql=10,f=1MHz,Vcc=500V,Pint=4KW,凭证公式盘算得出Cn=C2=8000PF,Lr=5.0462μH,Cf=5960PF,R=3.169Ω。各点仿真波形如图3所示(以功率管S1为例)。最下面为驱动旌旗暗记,其次为功率管S1两头电压波形,第三为功率管S1漏极电流波形,最下面为经由历程负载电阻R的电流波形。

3.gif
图3 DE类镌汰年夜器各点仿真波形

4 电路设计

4.1主电路设计

设计参数同仿真参数。现实电路中Cs1、Cs2和Cf,是多个电容串并联组成,开关管选用APT60M75L2FLL,允许峰值电流为73A。

4.2控制与驱动电路

控制电路接纳是美国Ti公司临盆的UC3825,它是一种脉宽调制开关电源集成控制器,适用于电流型或电压型开关电源电路。它的使命频率可达1MHz,最年夜峰值电流可达2.2A。

4.gif
图4控制电路原理图

图4是控制电路原理图.它可以供应相位差为180°的双路矩形波输入。经由历程管脚5和6自行设定芯片的振荡频率,由外接Rr,和Cr一定,其中Rr是可变电阻器,经由历程调治R,可以微调振荡频率f使其到达2.0MHz左右。25%的占空比主若是经由历程7脚和3脚来调剂的,从7脚输入的旌旗暗记是一个锯齿波,3脚的输入旌旗暗记是16脚输入的基准电压(+5.1v)经由历程分压电路取得的,从而以3脚和7脚为输入的较量器的输入是一个占空比可调的矩形波.经由历程调剂3脚的电压可以在很年夜规模内调治该占空比。最后经由历程前面的锁存器(PWM Latch)和分相器的协调来完成输入旌旗暗记的占窄比调剂,到达设计请求的波形。

为了使功率管能够准确、快速的守旧或许关断,须要对UC3825中发生的方波控制旌旗暗记镌汰年夜以后,才干用来驱动功率管。旌旗暗记镌汰年夜部门电路如图5(a)所示。该驱动镌汰年夜电路应用三极管对UC3825所发生的驱动控制旌旗暗记的电压和电流阻拦镌汰年夜。

凭证以上盘算的驱动电路参数,搭建电路,检测驱动电路的输入波形。测得图的波形如图5(h)所示:

5.jpg
图5驱动电路原理图和实测图   

5 结论

经由历程现实剖析、电路仿真、现实驱动电路的设计,注解所研究的DE类高频功率镌汰年夜器是准确的和可行的。DE类射频年夜功率镌汰年夜器有着许多要害手艺。其中的降低开关消耗,前进镌汰年夜器的效力,一直是现代高频年夜功率领域关注的热门。DE类年夜功率高频电路还存在更辽阔的研究空间。

本文作者创新点:本文联络D类和E类镌汰年夜器的优点,提出DE类镌汰年夜器,而且凭证电路的使命条件请求设计了方波驱动电路,并取得了实验验证。

经济效益:该项目主要应用于功率射频镌汰年夜器方面,项目发生的经济效益泉源预计为100万。                     


作者:刘平    泉源:《微盘算机信息》(嵌入式与soc)2009年第25卷第5-2期
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daizhi1970 揭晓于 2012-8-8 09:35:12
O(∩_∩)O谢谢
daizhi1970 揭晓于 2012-8-8 09:35:26
O(∩_∩)O谢谢
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