雙管反激變換器研究分析

摘要：研究了基于峰值電流模式的雙管反激變換器,分析了它的工作原理,說(shuō)明了它在高壓輸入場(chǎng)合的優(yōu)點(diǎn)。

引言

反激變換電路由于具有拓撲簡(jiǎn)單，輸入輸出電氣隔離,升/降壓范圍廣，多路輸出負載自動(dòng)均衡等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛用于多路輸出機內電源中。在反激變換器中，變壓器起著(zhù)電感和變壓器的雙重作用，由于變壓器磁芯處于直流偏磁狀態(tài)，為防磁飽和要加入氣隙，漏感較大。當功率管關(guān)斷時(shí)，會(huì )產(chǎn)生很高的關(guān)斷電壓尖峰，導致開(kāi)關(guān)管的電壓應力大，有可能損壞功率管；導通時(shí)，電感電流變化率大[1][2]。因此在很多情況下，必須在功率管兩端加吸收電路。

雙管反激變換電路，在功率管關(guān)斷時(shí)，由于變壓器漏感電流流過(guò)續流二極管反饋給電源的嵌位作用，而使功率管的電壓應力和輸入電壓相等�？梢�(jiàn)在高壓輸入場(chǎng)合雙管反激電路有其特有的優(yōu)點(diǎn)[3]。

圖1

1 電路分析

電路圖如圖1所示。在穩態(tài)工作條件下，為了簡(jiǎn)化分析，假設所有開(kāi)關(guān)器件都是理想的；漏感Lr遠小于勵磁電感Lm；L2為變壓器副邊等效電感；電路工作在CCM模式。

電路共有4個(gè)工作模式，工作過(guò)程如圖2所示。

——模式1[t0－t1]在S1和S2開(kāi)通后的t0時(shí)刻，輸入直流電壓Uin作用于Lr和Lm上，D1和D2關(guān)斷，漏感電流iLr線(xiàn)性上升，則有

iLr(t)=iLr(t0)＋[Uin/Lr Lm](t－t0) （1）

D1和D2承受反壓為Uin，而D3承受反壓為Uo＋(N2/N1)Uin，iL2=0，由濾波電容C向負載供電。

在t1時(shí)刻漏感電流iLr為

iLr（t1）=iLr(t0)＋[Uin/(Lr Lm)](t1－t0) （2）

——模式2[t1－t2]在t1時(shí)刻關(guān)斷S1和S2，由于電感電流不能突變，感應電勢反向，D1和D2導通鉗位使S1和S2承受正壓為Uin；同時(shí)D3導通，副邊電流iL2形成。原邊電流iLr線(xiàn)性下降，即

在t2時(shí)刻原邊電流

iL2(t2)=(N1/N2[iLr(t1)]-(N1Uo/N2Lm)(t2-t1)]=0 （5）

——模式3[t2－t3]在t2時(shí)刻D1和D2中的電流和漏感電流iLr下降到0，iL2達到最大。此后iL2線(xiàn)性下降，

iL2(t)=iL2(t2)－(UO/L2)(t－t2) （6）

在t3時(shí)刻

iL2(t3)=iL2(t2)－(UO/L2)(t3－t2) （7）

在此階段D1和D2承受反壓為，S1和S2承受正壓為。

——模式4[t3－t4]在t3時(shí)刻開(kāi)通S1和S2，輸入電壓Uin直接作用于Lr和Lm上，漏感電流iLr從0開(kāi)始線(xiàn)性上升，

iLr(t)=(Uin (N1/N2)/Lr)(t－t3) （8）

此時(shí)D3仍導通，給電容C充電和向負載供電，iL2(t)以更大的斜率線(xiàn)性下降，為漏感電流iLr減去勵磁電感Lm上電流。

iL2(t)=N1/N2[ils(t)-(N1/N2)/LmUo(t-t3)] （9）

iLr(t)=[Uin (N1/N2)Uo]/Lr（t－t3） （10）

在t4時(shí)刻D1和D2反壓由上升到Uin，iLr(t)上升到勵磁電流iLm,iL2(t)=0，D3反偏，開(kāi)始新的PWM周期。

由上述分析可知，雙管反激變換器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

——續流二極管將漏感能量回饋給電源；

——有效抑制關(guān)斷電壓尖峰，使開(kāi)關(guān)管電壓應力為輸入電壓；

——不需要額外的吸收電路。

圖3

2 控制系統結構

采用峰值電流控制模式，如圖3所示。由于引入電流反饋,使系統性能具有明顯的優(yōu)點(diǎn)[3]：

——具有良好的線(xiàn)性調整率，反應速度快；

——消除輸出濾波電感帶來(lái)的極點(diǎn)，使二階系統變?yōu)橐浑A系統，穩定性好；

——固有逐個(gè)脈沖電流限制,簡(jiǎn)化了過(guò)載保護和短路保護。

電流型也有缺點(diǎn)，在占空比

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