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1、双管反激变换器研究分析作者：张先进，周平森，王慧贞摘要：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。 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
2、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；L 2 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 1t0t 1 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)=iL
3、r(t0) (tt 0)（ 1）D1 和 D2 承受反压为 Uin，而 D3 承受反压为 Uo(N 2/N1)Uin，i L2=0，由滤波电容 C 向负载供电。 在 t1 时刻漏感电流 iLr 为 iLr（t 1）=i Lr(t0) (t1t 0)（2）模式 2t1t 2 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) (tt 1)（3）iL2(t)= （4）在 t2 时刻原边电流 iL2(t2)= =0（
4、5） 模式 3t2t 3 在 t2 时刻 D1 和 D2 中的电流和漏感电流 iLr 下降到 0，i L2 达到最大。此后 iL2 线性下降， iL2(t)=iL2(t2) (tt 2)（6）在 t3 时刻 iL2(t3)=iL2(t2) (t3t 2)（7）在此阶段 D1 和 D2 承受反压为 ，S 1 和 S2 承受正压为 。 模式 4t3t 4 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)= (tt 3)（8）此时 D3 仍导通，给电容 C 充电和向负载供电，i L2(t)以更大的斜率线性下降
5、，为漏感电流 iLr 减去励磁电感 Lm 上电流。 iL2(t)= （9）iLr(t)= （tt 3）（ 10）在 t4 时刻 D1 和 D2 反压由 上升到 Uin，i Lr(t)上升到励磁电流 iLm,iL2(t)=0，D 3 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
6、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 360450V；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
7、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。
