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1、单端反激变换器的建模及应用仿真摘要：介绍一种单端反激式高压DC/DC变换器，叙述其工作原理，工作模式，皮形的输出。并对两种工作模式 进行了分析。通过对单端反激变换器的 Matlab/Simulink 建模与仿真，研究电路的输出特性，以及一些参 数的选择设置方法。关键词：单端反激变换器 Matlab/Simulink 建模与仿真1. 反激变换器概述 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，
2、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。反击变换器的特点：1、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。反激变换器是输出与输入隔离的最 简单的变换器。输出滤皮仅需要一个滤皮电容，不需要体积、重量较大的电感，较低的成本。尤其在高压输 出时，避免高压电感和高压续流二极管。功率晶体管零电流开通，开通损耗小。而二极管零电流关断，可以 不考虑反向恢复问题2、输入电压在很大的范围内皮动时，仍可有较稳定的输出，无需切换而达到稳定输出的要求。3、转换效率高，损失小。4、变压器匝数比值较小。5、
3、小功率多组输出特别有效;6、变压器工作原理与其他类型的隔离变换器不同，隔离变压器还起到了存储能量的作用;7、变压器铁芯必须加气隙,以防磁饱和；2. 反击变换器的工作原理反激变换器的原理图如图2-1所示。反激变换器工作原理是：主开关管导通时，二次侧二极管关断，变压器储能；主开关管关断时，二次侧 二极管导通，变压器储能向负载释放。它和正激变换器不同，正激变换器的变压器励磁电感储能一般很小， 各绕组瞬时功率的代数和为零，变压器只起隔离、变压作用。而反激变换器的变压器比较特殊，它兼起储能 电感的作用，称为储能变压器（或电感-变压器）。为防止负载电流较大时磁心饱和，反激变换器的变压器 磁心要加气隙，降低
4、了磁心的导磁率，这种变压器的设计是比较复杂的。在开关管关断时，反激变换器的变压器储能向负载释放，磁心自然复位，因此反激变换器无需另加磁复 位措施。磁心自然复位的条件是：开关导通和关断时间期间，变压器一次绕组所承受电压的伏秒乘积相等。反激电路存在两种工作模式：电流连续和电流断续模式。与非隔离DC/DC变换电路不同，反激电路电 流连续与否指的是变压器副边绕组的电流。当S导通时，变压器副边绕组中电流未下降到0,则电路工作于 电流连续模式；当S导通时，变压器副边绕组中电流下降到0,则电路工作于电流断续模式；值得注意的是 电路工作于电流连续模式时，其变压器铁心利用率显著降低，因此实际使用中通常避免电路工
5、作于电流连续 模式。2.1电流连续模式反激电路工作于电流连续模式时，在一个开关周期经历S导通，关断2个开关状态，如图2-2所示。 对应于1个开关周期T的2个时段：t0-t1和t1-t2，电路中主要的电压和电流波形如图2-3所示。t0-t1时段：如图2-2（a）所示，S导通，根据绕组间同名端关系，二极管VD反向偏置而截止，变压器原边绕组w1电流线性增加，变压器储能增加。t1-t2时段：如图2-2(b)所示，S关断，二极管VD导通，变压器原边绕组w1的电流被切断，变压器 在t0-t1时段储存的能量通过变压器副边绕组w2和二极管向输出端释放。Ti-xtL11tlti1TTATp3SFr(b)S截止图
6、2-2反激电路的开关状态图2-3反激电路电流连续模式下主要波形（注：Ug开关管电压、UT开关管两端电压、UL2变压器副边电压、IL】变压器原边电流IL2变压器副边电流）当S关断后所承受的电压为：US=Ui + K12U0式中k12为变压器原边与副边绕组的匝数比。当反击电路工作于电流连续模式时，输入输出电压关系为：U 二0二 K 21D UTDi2.2电流断续工作模式反激电路工作于断续模式时，在一个开关周期内经历S导通、关断和电感电流为0的3个开关状态， 对应的3个时段分别为t0-t1、t1-t2,t2-t3，电路中主要的电压和电流波形如图2-4所示。t0-t1时段：S导通，二极管VD截止，变压
7、器原边绕组w1电流线性增加，变压器储能增加。t1-t2时段：S关断，二极管VD导通，变压器原边绕组电流被切断，变压器在t0-t1时段储存的能量通过变压器副边绕组w2和二极管向输出端释放。直到t2时刻，变压器中的能量 释放完毕，绕组w2中的电流下降为0，二极管截止。t2-t3时段：变压器原边绕组和副边绕组电流均为0，这时由电容C向负载供电。反激电路电流断续工作时，输出的电压U。将高于电流连续时输出的电压U。，并且随着负载的减小而升 高。电流断续工作模式下，S关断后在t1-t2时间段所承受的电压为US=Ui + K12U0，t2-t3时间段为这 点与电流连续工作模式不同。3. 电路的仿真建模F面用
8、MATLAB软件对电路进行建模仿真。仿真模型如图3-1所示:图3-1反激电路仿真建模图Simulink仿真模型图中电压源为24V直流电压儿为滤波电感，C为滤波电容。Diode1为电力二极管，单向导通，阻止电流反向流动；电路的开关器件为IGBT，R为负载。Scope1用于显示IGBT的电流电压。Scope2用于显示变压器副边绕组电流、负载电压和负载电流。Pulse Generator为PWM脉冲发生器，用 于驱动IGBT，调节其占空比就可以控制输出电压的大小。川1sjSOIsyLO扒8-01HOSOOispoia“sioooo o暗劉lAIMd/0乙乙/A001IAZH000011北-01丸A0
9、01e6ei|OA DQ诲摩切更出議謳草 I吒峯:竺场峯丄皿糜摩切Z。舌祺豆墨糜摩胡切Z胡豆重型川dU早申園童射宙时红謝韻曲器谢歪猱却票由（邳（PJOM轟兰）图3-2当占空比D=50% , Rm = 50pu、Lm=2pu,电阻R=1Q各信号波形图3-3当占空比D=8% , Rm = 50pu、Lm=2pu,电阻R=1Q各信号波形从图3-2和3-3可以看出：当其他条件不变时，减小占空比，电路由连续模式变为断续模式。副过电at图 3-4 当占空比D=50% , Rm = 50pu、Lm=0.1pu,R=1Q各信号波形从图3-2和3-4可以看出，当其他条件不变，减小变压器Lm值时，电路由连续模式变
10、为断续模式。图3-5当占空比D=50%,Rm = 50pu、Lm=2pu,R=1e8Q各信号波形从图3-2和3-5可以看出，其他条件不变增大输出电阻阻值，电路由连续模式变为断续模式，且输出电压U。和输出电流I。将越来越大、趋于无穷。4. 总结从图中波形可以看出变压器的Lm的大小直接影响反激电路的连续方式和断续方式。当负载一定，随着 Lm 的减小反激电路会从连续模式转为断续模式，但这时纹波较大。当Lm定时，随着R的增加，电路会从连续续模式转为断续模式。并且R越小，电路稳定的越快，输 出电压越小。当R大到一定程度，电路进入断续工作模式，输出电压也变大。极端情况下，由于T导通时储 存在变压器电感中的磁能无处消耗，故输出电压将越来越高，损坏电路元件，所以反激式变换器不能在空载 下工作。
