双管反激变换器研究分析
双管反激变换器研究分析
摘要：研究了基于峰值电流模式的双管反激变换器,分析了它的工作原理,说明了它在高压输入场合的优点。
关键词：反激变换器；峰值电流控制；双管反激
0 引言
反激变换电路由于具有拓扑简单，输入输出电气隔离,升/降压范围广，多路输出负载自动均衡等优点，而广泛用于多路输出机内电源中。在反激变换器中，变压器起着电感和变压器的双重作用，由于变压器磁芯处于直流偏磁状态，为防磁饱和要加入气隙，漏感较大。当功率管关断时，会产生很高的关断电压尖峰，导致开关管的电压应力大，有可能损坏功率管；导通时，电感电流变化率大。因此在很多情况下，必须在功率管两端加吸收电路。
双管反激变换电路，在功率管关断时，由于变压器漏感电流流过续流二极管反馈给电源的嵌位作用，而使功率管的电压应力和输入电压相等。可见在高压输入场合双管反激电路有其特有的优点。
1 电路分析
电路图如图1所示。在稳态工作条件下，为了简化分析，假设所有开关器件都是理想的；漏感lr远小于励磁电感lm；l2为变压器副边等效电感；电路工作在ccm模式。
图1 双管反激变换器电路图
电路共有4个工作模式，工作过程如图2所示。
图2 工作波形图
——模式1[t0－t1] 在s1和s2开通后的t0时刻，输入直流电压uin作用于lr和lm上，d1和d2关断，漏感电流ilr线性上升，则有
ilr(t)=ilr(t0)＋(t－t0)（1）
d1和d2承受反压为uin，而d3承受反压为uo＋(n2/n1)uin，il2=0，由滤波电容c向负载供电。
在t1时刻漏感电流ilr为
ilr（t1）=ilr(t0)＋(t1－t0)（2）
——模式2[t1－t2] 在t1时刻关断s1和s2，由于电感电流不能突变，感应电势反向，d1和d2导通钳位使s1和s2承受正压为uin；同时d3导通，副边电流il2形成。原边电流ilr线性下降，即
ilr(t)=ilr(t1)－(t－t1)（3）
il2(t)=（4）
在t2时刻原边电流
il2(t2)==0（5）
——模式3[t2－t3] 在t2时刻d1和d2中的电流和漏感电流ilr下降到0，il2达到最大。此后il2线性下降，
il2(t)=il2(t2)－(t－t2)（6）
在t3时刻
il2(t3)=il2(t2)－(t3－t2)（7）
在此阶段d1和d2承受反压为，s1和s2承受正压为。
——模式4[t3－t4] 在t3时刻开通s1和s2，输入电压uin直接作用于lr和lm上，漏感电流ilr从0开始线性上升，
ilr(t)=(t－t3)（8）
此时d3仍导通，给电容c充电和向负载供电，il2(t)以更大的斜率线性下降，为漏感电流ilr减去励磁电感lm上电流。
il2(t)=（9）
ilr(t)=（t－t3）（10）
在t4时刻d1和d2反压由上升到uin，ilr(t)上升到励磁电流ilm,il2(t)=0，d3反偏，开始新的pwm周期。
由上述分析可知，双管反激变换器具有以下优点：
——续流二极管将漏感能量回馈给电源；
——有效抑制关断电压尖峰，使开关管电压应力为输入电压；
——不需要额外的吸收电路。
2 控制系统结构
采用峰值电流控制模式，如图3所示。由于引入电流反馈,使系统性能具有明显的优点：
图3 峰值电流模式控制原理
——具有良好的线性调整率，反应速度快；
——消除输出滤波电感带来的极点，使二阶系统变为一阶系统，稳定性好；
——固有逐个脉冲电流限制,简化了过载保护和短路保护。
电流型也有缺点，在占空比>50％时，必须进行电流斜坡补偿,否则系统不稳定。本文采用控制芯片uc3844，占空比<50％。
3 实验结果
利用以上分析结果,设计了一台机内稳压电源。输入360～450v；输出＋15v(1a)，－15v(0.2a)，＋25v(0.2a)3路，＋25v(0.4a)；开关工作频率为100khz，最大占空比dmax=0.45；功率45w。变压器用铁氧体r2kbd，罐型gu30，按反激变压器设计原则设计。主要波形如图4所示。
ch1驱动电压（10v/格） ch2漏源电压（250v/格）
（a）功率管驱动电压与漏源电压波形
ch1驱动电压（10v/格） ch2续流二极管两端电压（250v/格）
（b）功率管驱动电压与续流二极管两端电压波形
ch1驱动电压（10v/格） ch2整流二极管两端电压（25v/格） （c）功率管驱动电压与整流二极管电压波形
ch1驱动电压（10v/格） ch2原边电流（1v/格） （d）功率管驱动电压与原边电流波形 图4 主要波形 从图中可以看出功率管的电压应力等于输入电压，续流二极管两端电压和分析结果也相同。可见双管反激拓扑在高压输入场合有其独特优越性。图4（d）中，原边电流有尖峰是由于副边整流二极管反向恢复造成。 4 结语 原理分析和实验结果的一致性，表明双管反激变换器特别适用于高压输入场合，它减少了器件的电压应力，为功率管的选取和保护创造了有利条件，增加了系统的可靠性。因此，适于应用于高压输入的中小功率场合。
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ch1驱动电压（10v/格） ch2整流二极管两端电压（25v/格） （c）功率管驱动电压与整流二极管电压波形
ch1驱动电压（10v/格） ch2原边电流（1v/格） （d）功率管驱动电压与原边电流波形 图4 主要波形 从图中可以看出功率管的电压应力等于输入电压，续流二极管两端电压和分析结果也相同。可见双管反激拓扑在高压输入场合有其独特优越性。图4（d）中，原边电流有尖峰是由于副边整流二极管反向恢复造成。 4 结语 原理分析和实验结果的一致性，表明双管反激变换器特别适用于高压输入场合，它减少了器件的电压应力，为功率管的选取和保护创造了有利条件，增加了系统的可靠性。因此，适于应用于高压输入的中小功率场合。
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