調(diào)壓電源控制器的設(shè)計與仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u28776調(diào)壓電源控制器的設(shè)計與仿真分析案例 [10]。

2.仿真實驗2.1整流電路為了改善輸出功率，本文設(shè)計中選擇的是全橋整流，形成結(jié)構(gòu)如下圖所示。全橋整流電路具備較大的輸出電壓大，而輸出電流的紋波較不明顯，其中的核心內(nèi)容是對整流二極管的選取。圖1.1.1全橋整流電路拓撲圖圖1.1.2仿真波形圖2.2逆變電路在下文中，針對部分逆變電路的運行原理進行分析，總結(jié)其存在長短處，以此來明確符合本系統(tǒng)設(shè)計的逆變電路。（a）反激逆變電路（b）E類功率放大電路（c）半橋逆變電路（d）全橋逆變電路圖1.2.1常見逆變電路展示部分得的普遍使用的高頻功率源電路拓撲，具體見圖1.2.1。圖（a）展示的是反激逆變電路，且具備明顯的優(yōu)勢為：開關(guān)器件設(shè)置簡單，只需經(jīng)過開關(guān)S的控制，即能夠生成相關(guān)的回路。從缺點來看，在關(guān)閉開關(guān)S之后，其會面臨著比逆變明顯的反向電壓，此時，耐壓值需保持較高的狀態(tài),此外，反激逆變電路具備相對較低的輸出功率，適配于小功率的負載；圖（b）展示的是E類功率放大電路，其設(shè)置的開關(guān)器件簡便，便于進行控制，此外，開關(guān)頻率能夠高達MHZ等級，對高頻電路系統(tǒng)來說較為適合。從缺點來看，低頻系統(tǒng)的實踐價值不是很高，但是，其在高頻系統(tǒng)進行實踐所需花費的成本顯著，此外，涉及的開關(guān)管所需承受的電壓應(yīng)力數(shù)值較高，因此，開關(guān)器件需滿足較為嚴格的條件；圖（c）展示的是半橋逆變電路，從優(yōu)點來看，即開關(guān)器件設(shè)置較為簡單，驅(qū)動方式操作簡便。從缺點來看，其電源的利用效率不高，如果電源輸入電壓、開關(guān)電流不變，則半橋輸出功率只能是全橋輸出功率的1/2。圖（d）展示的是全橋逆變電路，從優(yōu)點來看，其電源利用率較高，此外，輸出的電壓電流脈動數(shù)值不大。從缺點來看，其具備的開關(guān)管設(shè)置最為復(fù)雜，且控制操作上比較繁瑣。當輸入電壓、開關(guān)電流不變時，全橋逆變電路的輸出功率會超過半橋逆變電路，具體數(shù)值會是其2倍，換句話說，即如果電源利用率比較大、則其具備功率調(diào)節(jié)的程度隨之變大，所以，本實驗系統(tǒng)設(shè)計選取的是全橋逆變電路。

圖1.2.2全橋逆變電路拓撲圖圖1.2.3逆變輸出電壓與電流波形

通過前文的分析，搭建了變頻調(diào)壓電源的仿真模型，可以以數(shù)字化形式來單獨的調(diào)節(jié)電壓值及改變電源的頻率。如圖2.3所示，通過改變Volt數(shù)值從而可以實現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)。對正弦發(fā)生器的頻率參數(shù)f的數(shù)值進行改變，則可以實現(xiàn)獨立調(diào)頻。圖2.3變頻調(diào)壓電源simulink仿真設(shè)計圖設(shè)計整體的仿真時長為200ms,步長5μs，開關(guān)頻率20KHz。輸入及輸出規(guī)定為：壓值380V、頻率50Hz交流輸入；交流輸出正弦電壓的范圍為5~36V，輸出電壓頻率調(diào)整范圍1~100Hz連續(xù)可調(diào)；輸出濾波電感、電容分別為1.5mH、6μF。本設(shè)計的驅(qū)動部分是基于HCPL-316芯片來設(shè)計的，下面是該芯片的外部引腳圖以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。HCPL-316J的外部引腳如圖2.4所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。圖2.4HCPL-316J外部引腳圖如圖2.4所示，HCPL-316J右邊的引腳作為輸出端，左邊的引腳是輸入端，，從左端到右端的設(shè)計能夠達到大功率高電壓等級的IGBT驅(qū)動的需求。圖2.5HCPL-316J的內(nèi)部原理圖如圖2.5所示，該芯片的工作原理如下：如果VIN+的輸入的信號在正常的區(qū)間時，14引腳是沒有偏大的電流信號產(chǎn)生。若Vcc2-VE=12V時，則表示為正常狀態(tài)下的正向輸出驅(qū)動電壓。在正常情況下經(jīng)驅(qū)動部分處理后輸出端是高電平，這時故障信號顯示和欠壓信號的輸出都應(yīng)該是處于低電位。JP3作為端口3的信號輸入，當點B、D的電位均是低電位時，50×DMOS才呈現(xiàn)為截止。此時JP1對應(yīng)的電平，第二位為高電位，其余均是低電位。A點電位是高電位，驅(qū)使三極管來開通，繼而使IGBT導(dǎo)通。圖2.6主電路圖根據(jù)上圖來看，R5和LED支路二者都包含在上電指示電路之內(nèi)，此外，450V/470μF的極性電容具備剔除紋波和存儲電平的作用，電容C6作為保護元件用于吸收電壓尖峰能夠去除高頻交流環(huán)節(jié)。如果開關(guān)管處于閉合狀態(tài)，可借助R6將續(xù)流電流進行去除，目的是加大在功率管上的保障力度。但是，從逆變部分來看，功率開關(guān)管兩側(cè)都對RCD吸收電路作出了并接，其主要是為了更好地對功率管進行保護，使其免受影響。逆變輸出了正弦形式的方波，具體內(nèi)容包括：基波等，其中，濾波能夠經(jīng)過R7、C7等形成。圖(a)驅(qū)動電路輸入部分圖（b)驅(qū)動電路輸出部分圖2.7基于HCPL-316J的驅(qū)動電路設(shè)計圖2.8（a）20HZ/30V逆變輸出電壓波形