电流型控制反激dc-dc变换器的设计与实现

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1、电流型控制反激DC/DC变换器的设计与实现刘剑，陈道炼(南京航空航天大学，江苏   南京   210016）摘要：介绍了一种大功率电流型控制反激DC/DC变换器的设计与实现，并提出了一种更简洁的储能式变压器的设计方法，设计并研制成功1kW27V/190V样机，具有过载短路能力强、体积小、重量轻等优点。关键词：反激变换器；大功率；电流控制　　1   引言   静止变流器一般采用DC27V/DC190V/AC115V400Hz的变换结构，前级将输入的27V直流电转换为190V直流电，后级逆变环节将190V直流电变换为用电

2、设备所需的115V/400Hz交流电。由于反激变换器具有电路拓扑简洁、输入电压范围宽、输入输出电气隔离、体积重量小等优点，因而将其作为静止变流器的前级电路拓扑，将会使整个静止变流器的体积重量下降，以实现更高的功率密度。2   电流型控制反激DC/DC变换器2.1   功率电路   因为输入为低压大电流，故选用单管反激式拓扑结构，如图1所示。针对这一结构主功率开关上必须加缓冲电路，否则开关管关断时漏感能量无处释放，将会引起电压尖峰击穿功率管。常用的缓冲电路有LCD、RCD和有源箝位三种，考虑电路开关频率较高（80kHz

3、），所以LCD缓冲不可取；而采用有源箝位，箝位开关管要取很大电流定额，且变压器初级有很大环流不利于提高效率，故有源箝位也不可用；RCD缓冲具有无源、电路简洁的特点，如果参数调试合理不会对效率造成太大影响，故被实验样机采用。图1   RCD缓冲单管反激式变换器电路拓扑2.2   控制方案   反激变换器具有电流源性质，开环不能开路，否则输出电压极高。作为静止变流器的直流环节使用，当后级逆变桥的四个功率管均关断时，对前级的反激变换器输出端就相当于开路，因而必须采用电压闭环控制；同时为提高电源的性能，采用电流型控制技术，这

4、种电流电压双闭环控制使系统具有瞬态响应快、稳定性高、内在限流能力等优点。2.3   电路组成   研制的1kW样机电路，如图2所示。整个电路的核心为UNITRODE公司的电流型PWM芯片UC3843N，该芯片原用于设计200W以下的小功率开关电源，这里将其变通使用。Q1、Q2构成图腾柱以增大驱动能力，Q3作射极跟随器取出UC3843的锯齿波，CT1取样主开关管的电流信号，R7、R8将电流信号与锯齿波相叠加作斜坡补偿，以消除电流控制型调节器在占空比大于50％时固有的次谐波振荡，R7、R8的比值可以决定斜坡补偿的深度。R

5、13、D6构成基准电压源，Q5为误差放大管，光电耦合器U3将误差电压反馈给UC3843N，构成电压闭环，同时保证电气隔离。图2   原理样机电路组成3   关键电路参数设计3.1   储能式变压器   设电流临界连续时的功率为总输出功率的1/5，则   Bm=B（1）式中：Bm为最大磁密；     B为偏置点磁密。   则磁密变化量ΔB为         ΔB=2(Bm－B)（2）   原边匝数N1为       N1=   （3）式中：Uimin为最小输入电压；     tonmax为开关管最大导通时间；     

6、S为磁芯截面积。   电流临界连续时原边电感L1min为   L1min=η（4）式中：Pomin为临界连续功率；     Ts为开关周期；            η为变换效率。   储能式变压器磁芯气隙δ为       δ=（5）式中：I1p为原边最大峰值电流；            μ0为真空的磁导率。3.2   功率开关管   开关管的电压应力UDS和电流应力I1p分别为       UDS=Uimax＋Uo   (6.a)       I1p=I1avg＋ΔI=tonmax   (6.b)式中：I1avg为原

7、边电感电流平均值；           ΔI为原边电流脉动值。3.3   整流二极管   二极管D5的电压应力UD5和电流应力ID5p分别为   UD5=Ui＋Uo(7.a)   ID5p=I2p(7.b)式中：I2p为副边最大峰值电流。3.4   RCD箝位电路   箝位电容C6为   C6≥（8）式中：Ureset为箝位电容C6的初始电压；     L1K为变压器原边对副边的漏感。   箝位电阻R3要满足   (UDS－Ui)≥Uo（9）式中：toff为开关管的截止时间。3.5   死负载R10的选取   由于

8、空载时占空比非常小，且会引起间歇振荡，需加上死负载，其值在调试中决定，在系统稳定的前提下，其阻值越大越好。4   原理样机试验   设计实例：额定输出功率1000W，输入电压27V，输出电压190V，开关频率80kHz，储能式变压器磁芯R2KBDPM74，绕组匝数N1/N2=4/28，磁芯气隙3.2mm，最大占空比为0.6，箝位电阻R3为51Ω