双管正激拓扑的工作原理和设计举例

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1、双管正激拓扑一．概述双管正激拓扑电路是一种在单端正激拓扑上衍生出来的一种拓扑电路。经过实践证明，这种拓扑的电路具有电路简单，可靠性高，元器件较单端电路容易选取等特点。是一种非常优秀的拓扑电路。二．简介双管正激变换器拓扑结构由两个功率开关管和两个二极管构成，当两个开关管和同时关断时，磁通复位电路的两个二极管和同时导通，输入的电流母线电压Vin反向加在变压器的初级的励磁电感上，初级的励磁电感在Vin的作用下励磁电流从最大值线性的减小到0，从而完成变压器磁通的复位，并将储存在电感中的能量返回到输入端，没有功率损耗，从而提高电源的效率；此外，每个功率开关管理

2、论的电压应力为直流母线电压，这样就可以选取相对较低耐压的功率MOSFET管，成本低，而且较低耐压的功率MOSFET的导通电阻小，可以进一步提高效率。三．应用范围双管正激变换器广泛的应用于台式计算机的主电源，中等功率的通信电源及大功率通信电源、变频器等三相电路的辅助电源中。四．基本工作原理和关键点的波形双管正激变换器的拓扑结构如图1所示，其中Cin为输入直流滤波电解电容，Q1和Q2为主功率开关管，D1、D2和C1、C2分别为Q1和Q2的内部寄生的反并联二极管和电容，D3、C3和D4、C4分别为变压器磁通复位二极管及其寄生的并联电容，不考虑Q2的漏极与散

3、热片间的寄生电容，T为主变压器，DR和DF为输出整流及续流二极管，Lf和Co输出滤波电感和电容。图1双管正激变换器的拓朴结构首先，下面分几个工作模式来讨论其磁通复位的工作过程：（1）模式1：t0~t1在t0时刻Q1和Q2关断，此时D3也是关断的。初级的励磁电感电流和漏感的电流不能突变，必须维持原方向流动，因此C1，Ch（散热片寄生电容）和C2充电，其电压从0逐渐上升，C3和C4放电，其电压由Vin逐渐下降。初始值：，，，，由上面公式可得：(1)在理想的模型下，，，所以在t1时刻C3和C4的电压下降到0，同时C1和C1的电压上升到Vin，D3和D4将导

4、通，系统进入下一个过程。在实际的工作中，事实上散热器的寄生电容不能忽略，这个电容将参与变压器磁通复位的过程。Q1和Q2漏极与散热片间的寄生电容的大小与漏极的面积及漏极与散热片的距离相关。注意电容的公式：Q1的漏极接Vin，散热器接地，因此此寄生电容接在直流母线电压端，其两端没有电压变化：，也就没有电流从此电容流过：。实际上，对于交流信号模型来说，此寄生电容相当于短路，因此在交流等效电路中可以不必考虑。Q2的漏极电位在开关的过程中处于变化的状态，因此在开关的过程中，Q2漏极与散热片间的寄生电容将有电流通过。此寄生电容为Ch，其大小将影响到功率管的开关损

5、耗。电容值越大，功率管漏源极电压随时间的变化率越小，从而减小了功率管的开关应力，并降低了功率管关断的功耗，并且低的对EMI也有改善；但是在功率管开通时，电容上储存的能量将通过功率管放电，产生开通损耗，形成开通的电流尖峰和噪声。注意到散热器的寄生电容Ch和C2及C4的总和大于C1和C3的和：所以此模式结束时，C3的电压由Vin下降到0时，C2的电压并不到Vin，此时由于C3的电压为0，D3将正向偏置导通，将C3的电压箝位于0。事实上在此过程中，当初级电压大于0即时，，初级变压器电感仍处于正向励磁，电流增加，而且次级电感电流将反射到初级，参与电路的谐振。

6、当其电压过0后，在很短的时间，次级整流和续注二极管换流使次级处于短路，次级电感电流将不能反射到初级，也就不参与电路的谐振。换流结束后，初级电压小于0，只有初级励磁电感与电容谐振。（1）模式2：t1-t2在t1时刻D3导通，Q1和Q2仍然为关断，此时变压器在Ch和C2及C4的作用下去磁。变压器的励磁电流逐渐减小到0，然后反向励磁，变压器的电流过0时D3自然关断，系统进入下一个过程。(1)初始值：，，在模式2过程中，变压器的电流过0前如果C2的电压上升到Vin，那么D4将导通，C2的电压将被箝位于Vin，变压器的励磁电感在Vin作用下去磁，直到其电流过0

7、后D3和D4自然关断，然后再进入模式3。(3)模式3：t2-t3在t3时刻D3自然关断，Q1和Q2仍然为关断，变压器在Ch和C2，C4的作用下反向励磁，相关的公式同于模式1，仅仅是电容的电压和变压器励磁电流的初始值不同。当C2和C3电压谐振到相等时，C2和C3的电压将维持不变，直到Q1和Q2导通、系统进入下一个过程。第二．工作波形及讨论一个双管正激电源系统在空载、中等负载和满载时的工作波形如下图3所示。功率MOSFET为STP15NK50，初级电感量为5mH，前级有PFC，输入电压为400V。图中，蓝色为下管的电流波形，棕色为下管的漏源极DS的电压波

8、形，绿色为上管的电流波形，红色为上管的漏源极DS的电压波形。（a）noload(b)mediumload(c