电源技术中的电源技术中的2kW新型推挽正激直流变换器的研制新型推挽正激直流变换器的研制
摘要:介绍了一种新型推挽正激电路的工作原理,对环流过程进行了透彻分析,分析了箝位电容和变压器原边
漏感对电路工作的影响。通过仿真和实验对所述理论分析进行了验证。基于此研制出输入电压DC24~32V,输
出电压DC120V的2kW直流变换器样机,典型效率为93.2%,表明该电路具有可靠、效率高的特点,适合于低压
大电流输入中大功率应用场合。 关键词:推挽;推挽正激;直流变换器引言在低压大电流场合中,推挽电路以
其结构简单、磁芯利用率高的优点而得到了广泛应用。但是,传统的推挽电路存在如下几个缺点:1)由于原边
漏感的存在,功率管关断时,漏源极产生较大的电压尖峰;2)输入电流纹波的安秒积分大,因而输入滤
摘要:摘要:介绍了一种新型推挽正激电路的工作原理,对环流过程进行了透彻分析,分析了箝位电容和变压器原边漏感对电路工作
的影响。通过仿真和实验对所述理论分析进行了验证。基于此研制出输入电压DC24~32V,输出电压DC120V的2kW直流变
换器样机,典型效率为93.2%,表明该电路具有可靠、效率高的特点,适合于低压大电流输入中大功率应用场合。
关键词:关键词:推挽;推挽正激;直流变换器
引言引言
在低压大电流场合中,推挽电路以其结构简单、磁芯利用率高的优点而得到了广泛应用。但是,传统的推挽电路存在如下
几个缺点:
1)由于原边漏感的存在,功率管关断时,漏源极产生较大的电压尖峰;
2)输入电流纹波的安秒积分大,因而输入滤波器的体积较大。
本文在传统推挽电路的基础上增加了一个箝位电容,便可以解决上述传统电路存在的两个缺点。
图图1
1 推挽正激电路工作原理推挽正激电路工作原理
如图1所示,该变换器的两个主功率开关管V1及V2和两个匝数均为Np的初级绕组Tp1及Tp2交替连接成一个回路,在回路
的两个中点之间连接一个箝位电容C。Cin为输入电容,Dv1及Dv2为两个主功率开关管寄生的反并二极管。D1及D2组成双半波
整流电路。
电源正极→Tp2→C→Tp1→电源负极构成一个回路。忽略变压器漏感则加在变压器原边两个绕组的电压之和为零,C上的
电压为Uin,下正上负。另外一个回路为电源正极→V1→C→V2→电源负极。根据基尔霍夫电路定律可得
Uds1+Uds2=Uin+Uc=2Uin
因此,当某一开关管导通时,另一开关管的电压被箝位在2Uin;当两个开关管均关断时,开关管电压各为Uin。
图图2
在分析推挽正激电路工作模态前,做如下设定:
1)V1,V2,D1,D2均为理想器件,导通压降忽略不计;
2)C较大,在工作过程中两端电压保持Uin基本不变;
3)滤波电感Lf较大,在较短的时间内可以视为恒流源,电流维持不变;稳态时输出电流Io=Uo/R;
4)原边绕组匝数同为Np,励磁电感和漏感均相同为Lm、Lσ,副边匝数同为Ns,匝比n=Ns/Np;
5)开关周期Ts,V1及V2每个周期开通时间均为ton,V1及V2工作的占空比均为D=ton/Ts;
图2为推挽正激电路工作原理波形图,一共分为8个工作模态。
图图3
1)[t1-t2] 在t1之前V1及V2都是关断的,输入电流沿电源正极→Tp2→C→Tp1→电源负极回路环流工作,环流为Ia=nDIo[1]
(具体分析在第2节中给出)。原副边绕组电压为0,D1及D2同时导通。t1时刻V1开通,Uin加在Tp1的漏感上,i1快速增加;
Uc加在Tp2的漏感上,i2迅速减小并反向增大。相应的,在副边流过D1电流iD1增大,流过D2的电流iD2减小。t2时刻,D2截
止iD2=0。此模态等效电路图如图3(a)所示,持续时间为
式中:iLfmin为t1时刻滤波电感电流。
2)[t2-t3] 当D2截止时,该工作模态开始工作,Uin加在Tp1的励磁电感和漏感上,Uc加在Tp2的励磁电感和漏感上,各
承担励磁电流和负载电流变化率的一半,这时初级相当于两个单端正激电路并联工作[2][3][4]。i1增加,i2反向增大。工作模态
如图3(b)所示,持续时间为
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