雙管反激變換器研究分析

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。

關鍵詞：反激變換器；峰值電流控制；雙管反激

0??? 引言

??? 反激變換電路由于具有拓撲簡單，輸入輸出電氣隔離,升/降壓范圍廣，多路輸出負載自動均衡等優(yōu)點，而廣泛用于多路輸出機內(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。當功率管關斷時，會產(chǎn)生很高的關斷電壓尖峰，導致開關管的電壓應力大，有可能損壞功率管；導通時，電感電流變化率大。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，在功率管關斷時，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力和輸入電壓相等。可見在高壓輸入場合雙管反激電路有其特有的優(yōu)點。

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，假設所有開關器件都是理想的；漏感L_r遠小于勵磁電感L_m；L₂為變壓器副邊等效電感；電路工作在CCM模式。

圖1??? 雙管反激變換器電路圖

??? 電路共有4個工作模式，工作過程如圖2所示。

圖2??? 工作波形圖

??? ——模式1[t₀－t₁]??? 在S₁和S₂開通后的t₀時刻，輸入直流電壓U_in作用于L_r和L_m上，D₁和D₂關斷，漏感電流i_L_r線性上升，則有

??? i_L_r(t)=iLr(t₀)＋(t－t₀)（1）

D₁和D₂承受反壓為U_in，而D₃承受反壓為U_o＋(N₂/N₁)U_in，i_L₂=0，由濾波電容C向負載供電。

在t₁時刻漏感電流i_L_r為

??? i_L_r（t₁）=i_L_r(t₀)＋(t₁－t₀)（2）

??? ——模式2[t₁－t₂]??? 在t₁時刻關斷S₁和S₂，由于電感電流不能突變，感應電勢反向，D₁和D₂導通鉗位使S₁和S₂承受正壓為U_in；同時D₃導通，副邊電流i_L₂形成。原邊電流i_L_r線性下降，即

??? i_L_r(t)=i_L_r(t₁)－(t－t₁)（3）

??? i_L₂(t)=（4）

在t₂時刻原邊電流

??? i_L₂(t₂)==0（5）

??? ——模式3[t₂－t₃]??? 在t₂時刻D₁和D₂中的電流和漏感電流i_L_r下降到0，i_L₂達到最大。此后i_L₂線性下降，

??? i_L₂(t)=i_L₂(t₂)－(t－t₂)（6）

在t₃時刻

??? i_L₂(t₃)=i_L₂(t₂)－(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時刻開通S₁和S₂，輸入電壓U_in直接作用于L_r和L_m上，漏感電流i_L_r從0開始線性上升，

??? i_L_r(t)=(t－t₃)（8）

此時D₃仍導通，給電容C充電和向負載供電，i_L₂(t)以更大的斜率線性下降，為漏感電流i_L_r減去勵磁電感Lm上電流。

??? i_L₂(t)=（9）

??? i_L_r(t)=（t－t₃）（10）

在t4時刻D₁和D₂反壓由上升到U_in，i_L_r(t)上升到勵磁電流i_L_m,i_L₂(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：

??? ——續(xù)流二極管將漏感能量回饋給電源；

??? ——有效抑制關斷電壓尖峰，使開關管電壓應力為輸入電壓；

??? ——不需要額外的吸收電路。

2??? 控制系統(tǒng)結構

??? 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：

圖3??? 峰值電流模式控制原理

??? ——具有良好的線性調(diào)整率，反應速度快；

??? ——消除輸出濾波電感帶來的極點，使二階系統(tǒng)變?yōu)橐浑A系統(tǒng)，穩(wěn)定性好；

??? ——固有逐個脈沖電流限制,簡化了過載保護和短路保護。

??? 電流型也有缺點，在占空比>50％時，必須進行電流斜坡補償,否則系統(tǒng)不穩(wěn)定。本文采用控制芯片UC3844，占空比<50％。

3??? 實驗結果

??? 利用以上分析結果,設計了一臺機內(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)；開關工作頻率為100kHz，最大占空比D_max=0.45；功率45W。變壓器用鐵氧體R2KBD，罐型GU30，按反激變壓器設計原則設計。主要波形如圖4所示。