雙管反激變換器分析管理論文
時(shí)間:2022-06-26 06:23:00
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摘要:研究了基于峰值電流模式的雙管反激變換器,分析了它的工作原理,說明了它在高壓輸入場合的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:反激變換器;峰值電流控制;雙管反激
引言
反激變換電路由于具有拓?fù)浜唵?,輸入輸出電氣隔離,升/降壓范圍廣,多路輸出負(fù)載自動均衡等優(yōu)點(diǎn),而廣泛用于多路輸出機(jī)內(nèi)電源中。在反激變換器中,變壓器起著電感和變壓器的雙重作用,由于變壓器磁芯處于直流偏磁狀態(tài),為防磁飽和要加入氣隙,漏感較大。當(dāng)功率管關(guān)斷時(shí),會產(chǎn)生很高的關(guān)斷電壓尖峰,導(dǎo)致開關(guān)管的電壓應(yīng)力大,有可能損壞功率管;導(dǎo)通時(shí),電感電流變化率大[1][2]。因此在很多情況下,必須在功率管兩端加吸收電路。
雙管反激變換電路,在功率管關(guān)斷時(shí),由于變壓器漏感電流流過續(xù)流二極管反饋給電源的嵌位作用,而使功率管的電壓應(yīng)力和輸入電壓相等??梢娫诟邏狠斎雸龊想p管反激電路有其特有的優(yōu)點(diǎn)[3]。
圖1
1電路分析
電路圖如圖1所示。在穩(wěn)態(tài)工作條件下,為了簡化分析,假設(shè)所有開關(guān)器件都是理想的;漏感Lr遠(yuǎn)小于勵(lì)磁電感Lm;L2為變壓器副邊等效電感;電路工作在CCM模式。
電路共有4個(gè)工作模式,工作過程如圖2所示。
——模式1[t0-t1]在S1和S2開通后的t0時(shí)刻,輸入直流電壓Uin作用于Lr和Lm上,D1和D2關(guān)斷,漏感電流iLr線性上升,則有
iLr(t)=iLr(t0)+[Uin/Lr+Lm](t-t0)(1)
D1和D2承受反壓為Uin,而D3承受反壓為Uo+(N2/N1)Uin,iL2=0,由濾波電容C向負(fù)載供電。
在t1時(shí)刻漏感電流iLr為
iLr(t1)=iLr(t0)+[Uin/(Lr+Lm)](t1-t0)(2)
——模式2[t1-t2]在t1時(shí)刻關(guān)斷S1和S2,由于電感電流不能突變,感應(yīng)電勢反向,D1和D2導(dǎo)通鉗位使S1和S2承受正壓為Uin;同時(shí)D3導(dǎo)通,副邊電流iL2形成。原邊電流iLr線性下降,即
在t2時(shí)刻原邊電流
iL2(t2)=(N1/N2[iLr(t1)]-(N1Uo/N2Lm)(t2-t1)]=0(5)
——模式3[t2-t3]在t2時(shí)刻D1和D2中的電流和漏感電流iLr下降到0,iL2達(dá)到最大。此后iL2線性下降,
iL2(t)=iL2(t2)-(UO/L2)(t-t2)(6)
在t3時(shí)刻
iL2(t3)=iL2(t2)-(UO/L2)(t3-t2)(7)
在此階段D1和D2承受反壓為,S1和S2承受正壓為。
——模式4[t3-t4]在t3時(shí)刻開通S1和S2,輸入電壓Uin直接作用于Lr和Lm上,漏感電流iLr從0開始線性上升,
iLr(t)=(Uin+(N1/N2)/Lr)(t-t3)(8)
此時(shí)D3仍導(dǎo)通,給電容C充電和向負(fù)載供電,iL2(t)以更大的斜率線性下降,為漏感電流iLr減去勵(lì)磁電感Lm上電流。
iL2(t)=N1/N2[ils(t)-(N1/N2)/LmUo(t-t3)](9)
iLr(t)=[Uin+(N1/N2)Uo]/Lr(t-t3)(10)
在t4時(shí)刻D1和D2反壓由上升到Uin,iLr(t)上升到勵(lì)磁電流iLm,iL2(t)=0,D3反偏,開始新的PWM周期。
由上述分析可知,雙管反激變換器具有以下優(yōu)點(diǎn):
——續(xù)流二極管將漏感能量回饋給電源;
——有效抑制關(guān)斷電壓尖峰,使開關(guān)管電壓應(yīng)力為輸入電壓;
——不需要額外的吸收電路。
圖3
2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
采用峰值電流控制模式,如圖3所示。由于引入電流反饋,使系統(tǒng)性能具有明顯的優(yōu)點(diǎn)[3]:
——具有良好的線性調(diào)整率,反應(yīng)速度快;
——消除輸出濾波電感帶來的極點(diǎn),使二階系統(tǒng)變?yōu)橐浑A系統(tǒng),穩(wěn)定性好;
——固有逐個(gè)脈沖電流限制,簡化了過載保護(hù)和短路保護(hù)。
電流型也有缺點(diǎn),在占空比>50%時(shí),必須進(jìn)行電流斜坡補(bǔ)償,否則系統(tǒng)不穩(wěn)定[1]。本文采用控制芯片UC3844[4],占空比<50%。
圖4
3實(shí)驗(yàn)結(jié)果
利用以上分析結(jié)果,設(shè)計(jì)了一臺機(jī)內(nèi)穩(wěn)壓電源。輸入360~450V;輸出+15V(1A),-15V(0.2A),
+25V(0.2A)3路,+25V(0.4A);開關(guān)工作頻率為100kHz,最大占空比Dmax=0.45;功率45W。變壓器用鐵氧體R2KBD,罐型GU30,按反激變壓器設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)[1]。主要波形如圖4所示。
從圖中可以看出功率管的電壓應(yīng)力等于輸入電壓,續(xù)流二極管兩端電壓和分析結(jié)果也相同??梢婋p管反激拓?fù)湓诟邏狠斎雸龊嫌衅洫?dú)特優(yōu)越性。圖4(d)中,原邊電流有尖峰是由于副邊整流二極管反向恢復(fù)造成。
4結(jié)語
原理分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性,表明雙管反激變換器特別適用于高壓輸入場合,它減少了器件的電壓應(yīng)力,為功率管的選取和保護(hù)創(chuàng)造了有利條件,增加了系統(tǒng)的可靠性。因此,適于應(yīng)用于高壓輸入的中小功率場合。
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