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 L _r远小于励磁电感 L _m； 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1[ t ₀－ t ₁] 在S₁和S₂开通后的 t ₀时刻，输入直流电压 U _in作用于 L _r和 L _m上，D₁和D₂关断，漏感电流 i_{L r}线性上升，则有

i_{L r}( t )= iL r( t ₀)＋( t － t ₀)（1）

D₁和D₂承受反压为 U _in，而D₃承受反压为 U _o＋( N ₂/ N ₁) U _in， i_{L 2}=0，由滤波电容 C 向负载供电。

在 t ₁时刻漏感电流 i_{L r}为

i_{L r}（ t ₁）= i_{L r}( t ₀)＋( t ₁－ t ₀)（2）

——模式2[ t ₁－ t ₂] 在 t ₁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 U _in；同时D₃导通，副边电流 i_{L 2}形成。原边电流 i_{L r}线性下降，即

i_{L r}( t )= i_{L r}( t ₁)－( t － t ₁)（3）

i_{L 2}( t )=（4）

在 t ₂时刻原边电流

i_{L 2}( t ₂)==0（5）

——模式3[ t ₂－ t ₃] 在 t ₂时刻D₁和D₂中的电流和漏感电流 i_{L r}下降到0， i_{L 2}达到最大。此后 i_{L 2}线性下降，

i_{L 2}( t )= i_{L 2}( t ₂)－( t － t ₂)（6） [p] [p]

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 D _max=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。