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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)。關(guān)鍵詞：反激變換器；峰值電流控制；雙管反激
引言
反激變換電路由于具有拓?fù)浜?jiǎn)單，輸入輸出電氣隔離,升/降壓范圍廣，多路輸出負(fù)載自動(dòng)均衡等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛用于多路輸出機(jī)內(nèi)電源中。在反激變換器中，變壓器起著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(dāng)功率管關(guān)斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的關(guān)斷電壓尖峰，導(dǎo)致開關(guān)管的電壓應(yīng)力大，有可能損壞功率管；導(dǎo)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續(xù)流二極管反饋給電源的嵌位作用，而使功率管的電壓應(yīng)力和輸入電壓相等�？梢娫诟邏狠斎雸�(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(wěn)態(tài)工作條件下，為了簡(jiǎn)化分析，假設(shè)所有開關(guān)器件都是理想的；漏感Lr遠(yuǎn)小于勵(lì)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，工作過程如圖2所示。
——模式1[t0－t1]在S1和S2開通后的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(fù)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(yīng)電勢(shì)反向，D1和D2導(dǎo)通鉗位使S1和S2承受正壓為Uin；同時(shí)D3導(dǎo)通，副邊電流iL2形成。原邊電流iLr線性下降，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(dá)到最大。此后iL2線性下降，
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開始線性上升，
iLr(t)=(Uin+(N1/N2)/Lr)(t－t3) （8）
此時(shí)D3仍導(dǎo)通，給電容C充電和向負(fù)載供電，iL2(t)以更大的斜率線性下降，為漏感電流iLr減去勵(lì)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(lì)磁電流iLm,iL2(t)=0，D3反偏，開始新的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(xù)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，使開關(guān)管電壓應(yīng)力為輸入電壓；
——不需要額外的吸收電路。
圖3
2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
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(tǒng)性能具有明顯的優(yōu)點(diǎn)[3]：
——具有良好的線性調(diào)整率，反應(yīng)速度快；
——消除輸出濾波電感帶來(lái)的極點(diǎn)，使二階系統(tǒng)變?yōu)橐浑A系統(tǒng)，穩(wěn)定性好；
——固有逐個(gè)脈沖電流限制,簡(jiǎn)化了過載保護(hù)和短路保護(hù)。
電流型也有缺點(diǎn)，在占空比>50％時(shí)，必須進(jìn)行電流斜坡補(bǔ)償,否則系統(tǒng)不穩(wěn)定[1]。本文采用控制芯片UC3844[4]，占空比<50％。
圖4
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
利用以上分析結(jié)果,設(shè)計(jì)了一臺(tái)機(jī)內(nèi)穩(wěn)壓電源。輸入360～450V；輸出＋15V(1A)，－15V(0.2A)，
＋25V(0.2A)3路，＋25V(0.4A)；開關(guān)工作頻率為100kHz，最大占空比Dmax=0.45；功率45W。變壓器用鐵氧體R2KBD，罐型GU30，按反激變壓器設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)[1]。主要波形如圖4所示。
從圖中可以看出功率管的電壓應(yīng)力等于輸入電壓，續(xù)流二極管兩端電壓和分析結(jié)果也相同�？梢婋p管反激拓?fù)湓诟邏狠斎雸?chǎng)合有其獨(dú)特優(yōu)越性。圖4（d）中，原邊電流有尖峰是由于副邊整流二極管反向恢復(fù)造成。
4 結(jié)語(yǔ)
原理分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性，表明雙管反激變換器特別適用于高壓輸入場(chǎng)合，它減少了器件的電壓應(yīng)力，為功率管的選取和保護(hù)創(chuàng)造了有利條件，增加了系統(tǒng)的可靠性。因此，適于應(yīng)用于高壓輸入的中小功率場(chǎng)合。
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