2kw新型推挽正激直流变换器的研制

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1、电源招聘专家2kW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

2、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11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

3、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

4、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31）[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

5、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3）[t3－t4]电源招聘专家t3时刻，V1关断，该工作模态开始工作。在此之前i1始终大于i2，因此，在V1关断瞬间V2的反并二极管Dv2导通。同时，流过D1的电流iD1减小，流过D2的电流iD2从零开始增加，副边绕组短路工作。电容电压Uc加在Tp1的漏感上，U

6、in加在Tp2的漏感上，i1迅速减小，i2迅速增加。当i1=i2时该工作模态结束。等效的工作模态电路如图3（c）所示，持续时间为式中：iLfmax为t3时刻滤波电感电流。4）[t4－t5]在此期间，V1和V2都关断。漏感平均电流（环流）Ia经过电源正极→Tp2→C→Tp1→电源负极回路流动。由于电源电压和箝位电容电压相等，加在原边两个绕组上的电压均为零，则环流Ia保持不变。等效的工作模态如图3（d）所示，持续时间为5）[t5－t9]t5时刻，V2导通开始下半个周期的工作，工作模态和上半个周期相同，只是励磁电流的方向相反，完成变压器的去磁。图42环流分析设该推挽正激变换器的功率

7、损耗为零，根据系统能量守恒定律可得，在半个周期Ts/2内电源输入功率为为了分析问题的简便，我们假设以下理想条件成立：1）原边两个绕组换流瞬间完成，即Δt1－2=0，Δt3－4=0；2）励磁电感Lm和滤波电感Lf较大，励磁电流为零，Lf可以看作恒流源，求得由此可见，当电路的工作占空比D大，原边环流时间短，环流量值较大；随着输出功率的增加，环流值也增大。3主要参数对电路工作的影响分析3.1箝位电容C的作用与选取3.1.1箝位电容的两个主要作用1）抑制开关管关断电压尖峰如图1所示，在V1关断时，由C给变压器原