反激式变换器原理设计与应用.pdf

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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518055E—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己应用在实际T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)o伏秒平衡1．引言

2、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．反激变换器工作原理以隔离反

3、激式变换器为例(如图1)，简要说明其工作原理：当开关管盯导通时，变压器r初级有ⅣP有电流，P，并将能量储存于其中(E=‘}，；／2)由于初级ⅣP与次级ⅣS极性相反，此时次级输出整流二极管D反向偏压而截止，无能量传送到负载。当开关管玎关断时，由楞次定律：正向导通，负载有电流，，流通。I己VlHVt一／晗＼_-_-一r—事k～；—一图l反激式变换器图2反激式变换器稳态工作时的波形图(感应电动势e=一NAdP／AT)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导通时间乙的大小将决定‘

4、、‰的幅值为‰(max)=‰／(1一D呲)。由此可知，想要得到低的漏极电压，必须保持低的Dm。，也就是Dl。如．5，在实际产品设计时通常取口。=o．45，以限制Vos(max)≤2‰。开关管盯导通时的漏极工作电流ID，也就是原边峰值电流le，根据能量守恒原则即原副边安匝数相等NP聿lP=Ns卑lsm可推导出等式：厶=‘=L／n，因厶=乇，故当乇一定时，匝比_，l的大小即决定了厶的大小·原边峰值电流厶也可用下面公式表示：‘=2己／∽木‰}Dm“)(2)推导过程如下：v--+i作周期T内输出功率可表示为：昂=0·，；·o／2T(3)又’．．输入直流电

5、压：‰=Le·dildt(4)设旃=Ip，且1／dt=厂／皿。，．‘·代入等式(4)中得：‰=Lp*Ip,f／DI。或0=‰幸Dm戡，(如宰门(5)将印代入等式(3)中可得：Po=rl*‰·／奉Dk奉露1(2f*Ip)=1／2’t／*‰事Do·，，。(6)．．．‘=2尼／(r／*‰事Dk)(其中变量说明：矽k：最小直流输入电压(Ⅵ；Dk：最大占空比；‘：变压器原边峰值电流㈥；厂：转换频率(kHz))综上所述，反激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Pk与最大漏极电流值厶，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

6、取舍。3．工作模式简述第十八届全国电源技术年会论文集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或称“完全能量转换”：7葫时储存在变压器中的所有能量在反激周期(％南中都转移到输出端。(2)电感电流连续模式CCM或称“不完全能量转换”：储存在变压器中的一部分能量在％FF末保留到下一个7-oN周期的开始。当变换器输入电压‰在一个较大范围内发生变化，或负载电流，，在较大范围内变化时，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。但在设计上比较困

7、难。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。在稳定状态下，反激变压器磁通增量△m在￡．时的变化必须等于在乃，r时的变化，否则会造成磁芯饱和。故△∞=‰‘L／ⅣP=rs事z≥／M，即变压器原边绕组每匝的伏特／秒值必须等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：‰幸DT=厅圪*(I-D)T(D：占空比)(7)3．2两种工作模式的区别在DCM状态中，开关管导通期间能量完全转移中波形具有较高的原边峰值电流，这是因为初级电感值厶相对较低之故，使，，急剧升

8、高，其负面影响是增加了绕组损耗和输入滤波电容器的纹波电流，从而要求开关管必须具有高电流承载能力，方能安全工作。在CCM工作状态中，原边峰