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反激式转换器
阅读:10420时间:2011-05-31 22:16:13

  反激式转换器又称单端反激式或“BUCK-BOOST”转换器,因其输出端在原边绕组关断时获得能量故而得名。反激式转换器广泛用于隔离式 DC/DC 应用.

基本原理

  在反激变换器拓扑中,开关管导时,变压器储存能量,负载电流由输出滤波电容提供;开关管关断时,变压器将储存的能量传送到负载和输出滤波电容,以补偿电容单独提供负载电流时消耗的能量。

特点

  a、电路简单,能高效提供多路直流输出,因此适合多组输出要求;

  b、输入电压在很大的范围内波动时,仍可有较稳定的输出,目前己可实理交流输入85-265V间,无需切换而达到稳定输出的要求;

  c、变压器匝数比值小;

  d、转换效率高,损失小。

工作模式

  1工作模式介绍

  反激变换器分两种工作模式:DCM和CCM,实际工作时一般都跨越这两种工作模式。

  (1)、电感电流不连续模式DCM(Discontinuous Inductor Current Mode)或称“完全能量转换” :Ton时储存在变压器中的所有能量在反激周期(Ton)中都转移到输出端。

  (2)、电感电流连续模式CCM(Continuous Inductor Current Mode)或称“不完全能量转换” :储存在变压器中的一部分能量在Toff末保留到下一个T

  On周期的开始。

  当变换器输入电压Vin在一个较大范围内发生变化,或是负载电流Il在较大范围内变化时,必然跨越这两种工作方式,因此反激式转换器要求在DCM/CCM都能稳定工作。但在设计上是比交困难的,通常采用DCM/CCM临界状态作设计基准,并配以电流模式控制PWM的方法来设计的。

  在稳定状态下,反激变压器磁通增量Δ∮在Ton时的变化必须等于在toff时的变化,否则会造成磁芯饱和。故Δ∮=Vin*Ton/Np=Vs*Toff/Ns,即变压器原边绕组每匝的伏特/秒值必须等于副边绕组每匝的伏特/秒值。

  故根据变压器伏秒平衡原则,可推导出DCM/CCM工作模式下的输出电压计算公式:Vin*DT=nVo*(1-D)T

  2两种工作模式的区别

  由DCM与CCM的电流波形可以看出:DCM状态下在开关管导通期间,能量完全转移中波形具有较高的原边峰值电流,这是因主初级电感值Lp相对较低之故,使Lp急剧升高,其负面影响是增加了绕组损耗和输入滤波电容器的纹波电流,从而要求开关管必须具有高电流承载能力,方能安全工作。

  在CCM工作状态中,原边峰值电流较低,但开关管在导通时有较高有漏极电流值,因此导致开关管高功率的消耗,同时为达到CCM,就需要有较高的变压器原边电感值Lp,由于要在变压器磁芯中储存的残余能量则要求变压器的体积较DCM时要大,而其它系数是相等的。

  综上所述,DCM与CCM的变压器在设计时是基本相同的,只是在原边峰值电流的定义有些区别(CCM时Ip=Imax-/Imin)。

设计注意事项

  1、储能能力:当变压器工作于CCM方式时,由于出现了直流分量,需要加气隙,使磁化曲线向H轴倾斜,从而使变压器能承受较大的电流,传递更多的能量。

  P=fxVe∫br H dB(Ve:磁芯和气隙的有效体积)或P=1/2LP(Imax?-Imin?)(Imax、Imin:为导通周末、始端相应的电流值)

  2、电感值Lp:电感Lp在变压器设计初期不作重点考量,因为Lp只影响开关电源的工作方式,故此一参数由电路工作方式要求作调整。Lp的值与变压器损耗最小值是一致的,如果设计所得Lp大,又要求以CCM方式工作,则刚巧合适。而若需以DCM方式工作时,则只能用增大气隙,降低Lp来达到要求,这样才不会使变压器偏离设计。

  3、原、副边绕组每匝伏数应保持相同:设计时往往会遇到副边匝数需由计算所得分数匝取整,而导致副边的每匝伏数低于原边每匝伏数,因而引起副边的每匝伏秒值小于原边,为使其达到平衡就必须减小ton时间,用较长的时间来传输电能到输出端.即要求导通占空比D小于0.5.使电路工作于DCM模式。但在此需注意:若Lp太大,电流上升斜率小,ton时间又短(<50%),很可能在ton结束时,电流上升值不大,出现电路没有能力去传递所需功率的现象。这一现象是因变压器自我功率限制之故,可通过增加气隙和减小电感Lp,使自我限制作用不会产生来然解决此问题。

  4、反激变换器的主功率管需加吸收电路,用于吸收开关管在反激时的电压尖峰。

  主管吸收电容的空值计算公式:

  C=Id*(tr+tf)/Vds

  主管吸收电阻的阻值计算公式:

  R=Ton/3C

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