反激式变换器原理设计与应用new

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1、反激式变换器原理设计与应用操敏(中兴通讯股份有限公司深圳518055)E-mail：cao.min5@zte.com.cn摘要：本文主要详细讲解了开关电源技术之反激式变换器拓扑的工作原理、工作模式以及反激变压器设计模板，并着重说明反激变换器的设计注意事项。本文主要是从工程实践中总结出来的，按照本文介绍设计出来的电源都已应用在实际工程产品上，故其实用性较强。在确定设计条件后，依据变压器设计模板一步步计算，新手也可完成变压器设计，对有经验设计者也可起到一定的借鉴作用。关键词：反激式变换器、电流连续工作模式（CCM）、电流断续工作模式（DCM）

2、、伏秒平衡1引言反激式转换器又称单端反激式或"Buck-Boost"转换器，因其输出端在原边绕组关断时获得能量故而得名。在反激变换器拓扑中，开关管导通时，变压器储存能量，负载电流由输出滤波电容提供；开关管关断时，变压器将储存的能量传送到负载和输出滤波电容，以补偿电容单独提供负载电流时消耗的能量。其优点如下：a.电路简单，能高效提供多路直流输出，因此适合多组输出要求；b.输入电压在很大的范围内波动时，仍可有较稳定的输出，目前已可实现交流输入85~265V间，无需切换而达到稳定输出的要求；c.转换效率高，损失小；d.变压器匝数比值较小。2反激

3、变换器工作原理以隔离反激式变换器为例（如图1），简要说明其工作原理：当开关管VT导通时，变压器T初2级N有电流I，并将能量储存于其中(ELI=∗/2)。由于初级N与次级N极性相反,此时次PPPPPS级输出整流二极管D反向偏压而截止，无能量传送到负载。当开关管VT关断时，由楞次定律：(感应电动势eN=−ΔΦΔ/T)可知，变压器原边绕组将产生一反向电动势，此时输出整流二极管D正图1反激式变换器图2反激式变换器稳态工作时的波形图向导通，负载有电流I流通。L反激式变换器之稳态波形（如图2），由图可知，开关管VT导通时间T的大小将决定I、V的幅值o

4、nPDS为VV()max=−/(1D)。由此可知，想要得到低DSINmax的漏极电压，必须保持低的D，也就是D＜0.5，在实际产品设计时通常取D=0.45，以maxmaxmax限制V(max)≤2V。DSIN开关管VT导通时的漏极工作电流I，也就是原边峰值电流I，根据能量守恒原则即原副边安DP匝数相等NINI∗=∗（1）PPSS可推导出等式：I=IIn=/，因I=I，故当I一定时，匝比n的大小即决定了I的大小。DPLLOOD原边峰值电流I也可用下面公式表示:IPVD=2/(η∗∗)（2）PPOINmax推导过程如下：2∵一个工作周期T内输

5、出功率可表示为:PLI=**/2ηT。（3）OPP又∵输入直流电压:VLd=*/idt，（4）INP设di=I，且1/dt=fD/，Pmax∴代入等式(4)中得：VLIfD=∗∗/或LVDIf=∗∗/()（5）INPPmaxPINmaxP2将Lp代入等式（3）中可得:PVf=∗∗∗ηηDIf∗/(2∗=I)1/2*∗∗VDI∗。（6）OINmaxPPINmaxP∴IPVD=∗2/(η∗)（其中变量说明：V:最小直流输入电压(V)；D:最大占空比；I:POINmaxINmaxP变压器原边峰值电流(A)；f:转换频率(kHz)）综上所述，反激

6、式转换器的占空比与变压器的匝数比受限于开关管耐压值V与最大漏极电流值DSI，而此两项是导致开关管成本上升的关键因素，因此设计时需综合考虑做取舍。D3工作模式简述3.1工作模式介绍反激变换器分两种工作模式：DCM和CCM，实际工作时一般都跨越这两种工作模式。(1).电感电流不连续模式DCM(DiscontinuousInductorCurrentMode)或称“完全能量转换”:T时储存在变压器中的所有能量在反激周期(T)中都转移到输出端。onoff(2).电感电流连续模式CCM(ContinuousInductorCurrentMode)或

7、称“不完全能量转换”:储存在变压器中的一部分能量在T末保留到下一个T周期的开始。offon当变换器输入电压V在一个较大范围内发生变化，或是负载电流I在较大范围内变化时，INL必然跨越这两种工作方式，因此反激式转换器要求在DCM/CCM都能稳定工作。但在设计上是比较困难的，通常采用DCM/CCM临界状态作设计基准，并配以电流模式控制PWM的方法来设计的。在稳定状态下，反激变压器磁通增量ΔΦ在T时的变化必须等于在T时的变化，onoff否则会造成磁芯饱和。故ΔΦ=VTNVTN∗//=∗，即变压器原边绕组每匝的伏特/秒值INonPSoffS必须等

8、于副边绕组每匝的伏特/秒值。故根据变压器伏秒平衡原则，可推导出DCM/CCM工作模式下的输出电压计算公式：VD∗Tn=∗V(1−D)T(D：占空比)（7）INO3.2两种工作模式的区别在DCM