正激变换器工作原理.docx
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正激变换器工作原理
正激变换器
实际应用中，由于电压等级变换、安全、系统串并联等原因，开关电源的输入输出往往需要电气隔离。
在基木的非隔离DC-DC变换器中加入变压器，就可以派生出带隔离变压器的DC-DC变换器。
例如，单端正激变换器就是有BUCK变换器派生出来的。
一工作原理
1单管正激变换器
单端正激变换器是由BUCK变换器派生而来的。
图G1）为BUCK变换器的原理图，将开关管右边插入一个隔离变压器，就可以得到图
（a2）的单端正激变换器
图（al）BUCK变换器
图（£）单端正激变换器
BUCK变换器工作原理：
电路进入平恒以后，由电感单个周期内充放电量相等,
Q截止时丿
由电感周期内充放电平恒可以得到:
B|J：
Udt=O
o
可得:
Wi-UAon=U/off
（U厂U°）DT=U°Q_D）T
U（>=也5=DUi
单端正激变换器的工作原理和和BUCK相似。
其工作状态如图如图（a3）所示:
Vo
OFF
M2二极er订电济
：
1ON
31ON
图（a3）单端正激变换器工作状态
开关管Q闭合。
如图所示，当开关管Q闭合时的工作状态如图
a4所示,
图（a4）
根据图中同名端所示，可以知道变压器副边也流过电流，D1导
通，D2截止，电感电压为正，变压器副边的电流线性上升。
在此期间，电感电压为:
^u.-uo
N11°
开关管Q截止。
开关管截止时，变压器副边没有电流流过，副边
电流经反并联二极管D2续流，在此期间，电感电压为负，电流线性
N2
得：
下降:
5=-u°
在稳定时，和BUCK电路一样，电感电压在一个周期内积分为零,
因此:
Uj-U°xDTS=C/Ox（l-D）xTs
由此可见，单端正激变换器电压增益与开关导通占空比成正比，比BUCK电路只多了一个变压器的变化。
回馈式单端正激变换器
回馈式单端正激变换器单端正激变换器的实用电路拓扑，其原理图如图（a5）所示
D1
图（a5）
回馈式单端正激变换器的工作原理和单端正激变换电路相似，只
是在在原边增加了一个回馈环节。
其工作状态如图（a6）所示
开关频率
图（a6）
当Q开通时，工作原理和单端正激变换器相似，电流从N1端流过，电流线性增大，同时向副边传递能量。
当截止时，Np两端电压为-Ui,Nr端同名端变副大小为
2三路输出正激变换器
原理图如图（bl）所示
图（cl）
由三路输出正激变换器的拓扑可得，其副边拓扑只是在单端正激变换器的基础上再加了两个辅输出部分，所以它的工作原理和单端正激变换器相似。
其原端和回馈式单端正激变换器一样。
3双端正激变换器
工作原理：
开关管Q1和Q2同时开通或截止，如图（c2）所示。
图（C2）
当Q1和Q2同时导通时，二极管D1和D2反偏截止，输入Ui通
过变压器T向副边传输能量，副边二极管D3和D1导通，副边电感
L1和L2上电压线性上升，电感开始储能。
当Q1和Q2同时截止时，如图（c3）变压器原边上通过铁芯感
应的电压通过二级管D1和D2向输入电源Ui反馈能量。
4交错正激变换器
电路原理图如图（dl）所示:
图（dl）
其工作状态如图（d2）所示
Q1I作状态
OFF
图（d2）
工作原理:
Q1和Q2分别开通在电路运行的上半周期和下班周期,并分别留有一定时间的死区。
例如上半周期Q1开通，Q2截止。
下半周期，Q2开通Q1截止。
工作原理和回馈式单端正激变换器相同，只
是在每个周期内有两个能量脉冲。
二各种正激变换器的优缺点
1单端正激变换器
和非隔离开关电路拓扑相比增加了一个隔离变压器。
优点：
1可以通过改变次级绕组和初级绕组的线圈匝数比来决定输出电压是降
压还是升压，或者增大了电压的输出范围。
2改变输出电压极性是非常方便的，只要将次级绕组线圈的两端对调，再
将次级整流二极管和滤波电容的方向对调就可以。
3输出和输入隔离，加大了电路抗干扰的能力。
缺点:
1由于变压器漏感的存在，当Q1截止时，其两端将承受非常高的电压应力，易将开关管Q1损坏。
2磁芯利用率不高，单位周期内只有一个功率脉冲。
3变压器的磁芯由于一直工作于被置位状态，容易饱和。
回馈式单端正激变换器
回馈式单管正激变换器在原来基础上增加了回馈环节，实现了能量的回馈，而且为变压器提供了磁芯复位回路。
但是当磁芯工作于复位状态时，开关管同样要承受很大的电压应力。
由此可以得出，单端正激变换器只能用于输出功率不是很大的情况下。
2三路输出正激变换器
三路输出正激变换器和单端正激变换器拓扑结构相似，其优缺点也一样。
和单端正激变换器一样，三路输出正激变换器也只能用于输出功率不是很大的情况下。
3双端正激变换器
双管正激变换器使用两个开关管，这样做有显著地优势。
1关断时每个开关管仅承受一倍的直流输入电压电压，这样就可以使输出的功率加大。
2关断时不会出现漏感尖峰。
由此可以得出，和单端正激变换器相比，双管正激变换器能用于相对比较大的输出功率地情况下。
4交错正激变换器
这种拓扑只是将两个单端正激变换器交替工作（各占半个周期）,其次级电流通过二极管相加。
所以，在每个周期内有两个功率脉冲,每个变换器只提供总输出功率的一半。
由于在每个周期内有两个功率脉冲，交错正激变换器也可以由于相对比较的输出功率的情况下。
三原器件的选择准则
变压器的选择
1磁心选择
正激变换器的变压器磁心有效功率和峰值磁密、磁心面积、窗口面积、频率及绕组电流密度有关。
2初级匝数的计算
由法拉第定律确定初级匝数表达式为
旳二（匕TXECxlO*
AedB
匕（.为最小直流输入电压，T为工作周期，为磁心面积，dB为磁通密度变化量。
此处计算的基础如下：
考虑到磁心的完全复位，开关管导通时间选择为，在输入最小电压情况下，其导通半周期的80%（因为如果导通时间占满整个半周期，若导通时间稍有改变而增加，就会使磁心不能完全复位），即0.4?
0开关管导通时，初级线圈两端电压为输入电压减去开关管得导通电压
（此处假设为IV）。
3次级匝数的计算
次级绕组匝数可由电压输出要求输出来。
开关管、续流二极管、整流二极管的选择
1开关管的选择
开关管的选择关键在其所能承受的关断电压应力和工作频率。
而回馈式单端正激变换器的关断电压还得从变压器的绕组匝数看起：
如图所示:
Qi关断时，和N,的极性反向，N”.同名端变负，且被二极管d钳位至地电位，此时变压器是一个自耦变压器，N「上压降为匕「，
断时必须施加相等的伏秒数才能使它复位到磁滞回线的起始位置。
当
N”和相等时，开关管的电压应力为两倍的匕（，
而交错正激变换器得开关管关断电压应力仅为一倍的匕。
所以，开关管的关断电压应力，应该根据实际的电路拓扑而定，然后选择开关管的规格。
2续流二级滚和整流二极管的选择
由于次级有输岀电感，所以次级电流波形为阶梯斜波。
当直流输入最小电压时，阶梯斜波的宽度为°・*%，将次级电流折算到初级,初级电流也为阶梯斜波的宽度为。
・*%的电流脉冲。
将阶梯斜波电流等效为平顶电流，其幅值为其中点值Ipft,则电流平均值为0.4為，因此有，
化=1・254=匕（0・4心
即:
73.13P
I=
”V
Yde
Ipf｛就是选择器件的重要依据。
滤波器的选择
1电感的选择
电感的选择应该保证直流输出电流最小规定电流（0.1厶）时,电感电流也保持连续，电感电流斜坡电流峰-峰值为di=（厶一人），因为当直流电流等于电感斜坡峰-峰值一半时，进入连续工作状态，即：
即：
2电容的选择
一般的电容并非理想电容，其可等效为寄生电阻和电感厶）与理想电容C。
的串联。
一般的，总希望大部分纹波电流分量进入电容C0o输出电压的纹波由输7?
0、厶）、C。
一同决定。
对于低频（小于500K）纹波，厶。
可以忽略，输出纹波由R。
、Co决定。
有两个分别有R（）和C。
决定的纹波分量。
有A。
决定的分量与（厶一人）成正比，而C。
决定的部分与流过的电流的积分成正比。
对于很大范围内不同电压等级、不同容值的常用铝电解电容，其中R（｝XCo的值近似为常数，约为50-80X10-6欧法。
例如，
V
设阻性纹波电压峰-峰值为匕，则需要&W方，再由&XC。
为常数可求得C。
。
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