第2章_并-串并联双管正激组合变换器

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1、第2章并－串/并型双管正激组合变换器2.1概述双管正激变换器具有开关管电压应力低、内在抗桥臂直通的能力、可靠性高、电路拓扑简单等优点，是目前国内外工业界在输出中等功率应用场合中首选的电路拓扑之一。但双管正激变换器受变压器磁芯复位的限制，最大输出占空比只能达到0.5，要获得较高的输出电压，必须靠提高变压器的变比，增加了副边二极管电压应力，限制了在输出高压场合的应用。为了保留双管正激变换器的优点，同时克服其缺点，提高等效占空比和输入输出电压增益，减小开关管电流应力和副边二极管电压应力，本章主要研究了三种双管正激组合变换器：一种采用耦合电感的并－串型双管正激组合变换器，一种采用耦合电感的并－并型双管

2、正激组合变换器，和一种并－并/串型双管正激组合变换器。2.2并－串型双管正激组合变换器（a）独立电感输出电容端串联（b）副边续流二极管串联(c)耦合电感输出电容端串联图2.1三种并－串型双管正激组合变换器两组双管正激变换器的开关管导通相位互差180O37，在输入端并联、输出端串联方式构成的并－串型双管正激组合变换器有三种，如图2.1（a）～2.1(c)所示：分别为采用独立电感在输出电容端串联、副边续流二极管串联和采用耦合电感在输出电容端串联。其中图2.1(a)所示并－串型组合变换器中的两组双管正激变换器，在工作上相当于两个独立的变换器，每个变换器输出一半的电压；图2.1（b）所示续流管串联型组

3、合变换器，文献【24】已做讨论。本节主要研究采用耦合电感在输出电容端串联的并－串型双管正激组合变换器，并对三种并－串型组合变换器的特性作一比较。2.2.1采用耦合电感的并－串型双管正激组合变换器为了便于分析图2.1（c）所示的并－串型双管正激组合变换器，作如下假定：组合变换器已经达到稳态，耦合电感中两线圈电流工作在连续模式，开关管和二极管均为理想器件，忽略变压器漏感，两耦合线圈自感相等（），两输出滤波容电压相等、均为输出电压的一半。组合变换器一个开关周期大致有六个工作模态，图2.2示出了半个开关周期中三个工作模态等效电路以及两耦合线圈电流波形。（a）(t0-t1)(b)(t1-t2)(c)(t

4、2-t3)(d)耦合电感电流波形图2.2组合变换器工作模态等效电路及耦合线圈电流工作模态1（t0-t1）37t0时刻之前，变压器T1已经磁复位完毕，T2正在通过原边续流二极管D3和D4磁复位，副边两续流管D6和D8均处于续流状态。t0时刻，开关管Q1和Q2同时开通，在输入和输出电压的共同作用下，耦合线圈L1中的电流线性增大，耦合线圈L2的电流在输出电压的作用下线性减小。由组合变换器电路拓扑图2.1（b），可得本工作模态耦合电感线圈电流关系式(2.1)式中n为变压器副边与原边匝数之比，为两耦合线圈自感，为互感，其中为耦合电感的耦合系数。由式（2.1）即可解得两耦合线圈电流变化率（2.2）该工作模

5、态持续到t1时刻，变压器T2磁复位完毕。本工作模态等效电路如图2.2（a）所示。工作模态2（t1-t2）在t1时刻，变压器T2磁复位完毕，原边续流管D3和D4截止，开关管Q1和Q2保持导通，耦合线圈L1和L2中的电流仍以式（2.2）变化。该状态持续到t2时刻，开关管Q1和Q2同时关断为止。该工作模态等效电路如图2.2（b）所示。工作模态3（t2-t3）在t2时刻，开关管Q1和Q2同时关断，变压器T1开始磁复位过程，组合变换器中的两组双管正激变换器都进入续流阶段，L1和L2中的电流在自感、互感及输出电压的共同作用下线性减小（2.3）由上式即可解得耦合电感两线圈电流变化率为（2.4）37该工作模态

6、持续到t3时刻，开关管Q3和Q4同时开通为止，此时组合变换器进入到下半个开关周期。本工作模态等效电路如图2.2（c）所示。在t3时刻以后，组合变换器进入另外半个开关周期，这半个周期中的三个工作模态等效电路与上半个周期类似，只是两组双管正激变换器的地位进行了交换。耦合线圈电流连续工作方式时，一个开关周期中耦合线圈电流在各工作模态中的变化率如表2.1所示。表2.1耦合线圈电流在各工作模态中的变化率工作模态1（t0-t1）工作模态2（t1-t2）工作模态3（t2-t3）工作模态4（t3-t4）工作模态5（t4-t5）工作模态6（t5-t6）稳态工作时，耦合电感线圈电流周期性脉动，由图2.2（d）所示

7、的耦合线圈电流波形，得到一个开关周期耦合线圈电流变化关系式为(2.5)式中D为导通占空比，Ts为开关周期，L为耦合线圈自感，Lm为互感。由上式即可得到耦合线圈电流连续模式工作时组合变换器输入输出电压增益为(2.6)式中n为变压器副边与原边匝数之比。上式表明：当耦合线圈电流连续模式工作时，并－串型组合变换器输出电压仅与导通占空比、变压器变比以及输入电压有关，而与耦合系数及负载等其它因素无关。由图2.