一种基于路耦合的全桥式开关电源纹波系数预测方法技术
【技术实现步骤摘要】
一种基于路耦合的全桥式开关电源纹波系数预测方法
本专利技术属于电源电路
，具体是一种基于路耦合的全桥式开关电源纹波系数预测方法，用于全桥式开关电源的纹波系数的快速预测。
技术介绍
随着雷达天线技术的快速发展，有源相控阵雷达天线的研制如火如荼，相较于传统的大功率、高电压发射机电源，在有源相控阵雷达系统中转变为大电流的低电压电源向T/R组件供电。由于相控阵雷达天线对发射机电源体积、重量的要求严格，需要提高电源的集成度，所以一般采用体积小、重量轻、效率高、功耗小的高密度电源来为T/R组件供电。与线性电源体积大、重量大、效率低相比，开关电源的调整管工作在饱和和截止状态，采用高频变压器替代了笨重的工频变压器，因此具有体积小、重量轻、效率高、功耗小、稳压范围广、滤波效率高、高频化、输入抗干扰性好、输出电压稳定等优点，这使其成为相控阵雷达高密度电源的首选目标。虽然开关电源具有以上的优点，但是开关电源的输出纹波电压大，且纹波系数是衡量开关电源性能的的关键指标，开关电源性能的好坏影响着相控阵雷达的性能。为保证相控阵雷达天线的电性能，预测纹波系数及减小纹波系数是很有必要的。目前，电子电路设计工作者一般是采用在开关电源的设计过程中，结合工程实际经验及纹波系数指标的要求，进行电源电路中器件的选取，使其设计的开关电源满足低纹波的性能。此外，关于开关电源原理和应用的专著也非常丰富，但是少有详细介绍开关电源输出电压纹波产生的机理和纹波系数计算方法的文章和专著，更少有纹波系数准确值的计算公式。因此，选取一种典型的全桥式开关电源作为研究对象，从路耦合的角度出发，分析建立了全桥式开关电...
【技术保护点】
一种基于路耦合的全桥式开关电源纹波系数预测方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)确定全桥式开关电源电路拓扑图及电路器件参数；(2)根据全桥式开关电源的电路拓扑图及电路器件参数，基于开关管的开关控制及变压器的电磁感应特性，确定变压器次级线圈两端的电压VT(t)；(3)根据变压器次级线圈两端的电压VT(t)，依据基尔霍夫电压理论，计算输出滤波电感L两端的电压VL(t)；(4)根据输出滤波电感L两端电压VL(t)，计算流经输出滤波电感L的电流IL(t)；(5)根据流经输出滤波电感L的电感电流IL(t)，依据基尔霍夫电流理论，计算通过输出滤波电容C和等效串联电阻ESR的纹波电流I(t)；(6)根据通过输出滤波电容C的纹波电流I(t)，计算理想输出滤波电容C两端的纹波电压Vc(t)；(7)基于一般电容器的电压滞后于电流特性，计算输出滤波电容C两端电压的滞后时间Δt；(8)根据理想输出滤波电容C两端的纹波电压Vc(t)，输出滤波电容C两端电压的滞后时间Δt，确定实际输出滤波电容C两端的纹波电压Vc'(t)；(9)根据通过等效串联电阻ESR的纹波电流I(t)，计算等效串联电阻ESR两端的纹波电压VE...
【技术特征摘要】
1.一种基于路耦合的全桥式开关电源纹波系数预测方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)确定全桥式开关电源电路拓扑图及电路器件参数；(2)根据全桥式开关电源的电路拓扑图及电路器件参数，基于开关管的开关控制及变压器的电磁感应特性，确定变压器次级线圈两端的电压VT(t)；(3)根据变压器次级线圈两端的电压VT(t)，依据基尔霍夫电压理论，计算输出滤波电感L两端的电压VL(t)；(4)根据输出滤波电感L两端电压VL(t)，计算流经输出滤波电感L的电流IL(t)；(5)根据流经输出滤波电感L的电感电流IL(t)，依据基尔霍夫电流理论，计算通过输出滤波电容C和等效串联电阻ESR的纹波电流I(t)；(6)根据通过输出滤波电容C的纹波电流I(t)，计算理想输出滤波电容C两端的纹波电压Vc(t)；(7)基于一般电容器的电压滞后于电流特性，计算输出滤波电容C两端电压的滞后时间Δt；(8)根据理想输出滤波电容C两端的纹波电压Vc(t)，输出滤波电容C两端电压的滞后时间Δt，确定实际输出滤波电容C两端的纹波电压Vc'(t)；(9)根据通过等效串联电阻ESR的纹波电流I(t)，计算等效串联电阻ESR两端的纹波电压VESR(t)；(10)将步骤(8)得到的实际输出滤波电容C两端纹波电压Vc'(t)与步骤(9)得到的等效串联电阻ESR两端纹波电压VESR(t)求和，得到全桥式开关电源总纹波电压表达式V(t)；(11)根据全桥式开关电源总纹波电压表达式V(t)，计算总纹波电压的峰峰值Vp-p；(12)根据总纹波电压的峰峰值Vp-p及全桥式开关电源输出电压Vo，基于纹波系数理论公式计算全桥式开关电源纹波系数γ，建立全桥式开关电源的纹波系数γ与电路器件参数之间的数学模型，快速计算不同电路器件参数下的纹波系数。2.根据权利要求1所述的一种基于路耦合的全桥式开关电源纹波系数预测方法，其特征在于，所述步骤(1)中，全桥式开关电源电路拓扑图中，包括变压器初级线圈绕组N1上的输入直流电压Vi、并联的四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4，并联在四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4上的四个箝位二极管D1、D2、D3、D4，还包括变压器次级线圈绕组N21、N22上的两个整流二极管DR1、DR2，以及并联的输出滤波电感L、输出滤波电容C、等效串联电阻ESR和负载电阻R；全桥式开关电源电路中的电路器件参数，包括开关管的开关频率fs。3.根据权利要求2所述的一种基于路耦合的全桥式开关电源纹波系数预测方法，其特征在于，所述步骤(2)按照以下步骤进行：(2a)根据全桥式开关电源的工作过程，在一个开关电源的工作周期时间T内，变压器次级线圈的两端会得到一个交流方波电压VT(t)；(2b)根据公式Vo＝VT×D,可得到前半周期内变压器次级线圈两端输出的正半周电压幅值，以及后半周期变压器次级线圈两端输出的负半周电压幅值为VT＝Vo/D；其中，D表示开关管的占空比；Vo表示输出直流电压；(2c)根据步骤(2a)与(2b)，确定变压器次级线圈的两端的交流方波电压VT(t)的函数表达式：式中，Ton为开关电源开通时间。4.根据权利要求1所述的一种基于路耦合的全桥式开关电源纹波系数预测方法，其特征在于，所述步骤(3)按照以下步骤进行：(3a)根据变压器次级线圈两端的电压VT(t)，依据基尔霍夫电压理论，输出滤波电感L两端电压：前半周期和后半周期，Q1和Q4，Q2和Q3开关管连接形成回路时：开通状态时：关断状态时：Voff＝-2Vo其中，Von为开通状态时输出滤波电感L两端电压；Voff为关断状态时输出滤波电感L两端电压；VT为变压器次级线圈两端输出的电压幅值；(3b)根据前半周期与后半周期在输出滤波电感L产生的电压一致，由此，一个纹波周期Tγ内的输出滤波电感L两端的电压VL(t)函数表达式为：式中，Tγ为纹波电压周期。5.根据权利要求3所述的一种基于路耦合的全桥式开关电源纹波系数预测方法，其特征在于，所述步骤(4)中，根据输出滤波电感L两端电压VL(t)，基于电感电压降回路方程计算流经输出滤波电感L上的电流IL(t)的函数表达式：其中，fs为开关管的开关频率；Io为负载稳态输出电流；所述步骤(5)中，根据流经输出滤波电感L的电感电流IL(t)，依据基尔霍夫电流理论IL＝Io+IC，计算通过输出滤波电容C和等效串联电阻ESR的纹波电流I(t)的函数表达式：所述步骤(6)中，根据通过输出滤波电容C的纹波电流I(t)，基于电容器电压计算公式计算理想输出滤波电容C两端的纹波电压Vc(t)的函数表达式；6.根据权利要求1所述的一种基于路耦合的全桥式开关电源纹波系数预测方法，其特征在于，所述步骤(7)中，基于一般电容器的电压滞后于电流特性，通过下面公式计算输出滤波电容C两端电压的滞后时间Δt：其中，δ为输出滤波电容损耗角，ESR为等效串联电阻；XC为容抗，T为开关电源的工作周期时间。7.根据权利要求3所述的一种基于路耦合的全桥式开关电源纹波系数预测方法，其特征在于，所述步骤(8)中，根据理想输出滤波电容C两端的纹波电压Vc(t)，输出滤波电容C两端电压的滞后时间Δt，得到在一个Tγ周期内，Vc'(t)函数曲线被分为三段，区间分别为：(0,t1)，(t1,t2)，(t2,Tγ)，其中，t1＝Ton-Δt，t2＝Tγ-Δt，Vo表示输出直流电压；确定实际输出滤波电容C两端的纹波电压Vc'(t)的函数表达式：
【专利技术属性】
技术研发人员：王从思，李婷，杜敬利，王艳，张树新，李素兰，宋立伟，张轶群，保宏，唐宝富，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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