反激式變換器原理設計與實用

1、反激式變換器原理設計與實用反激式變換器原理設計與實用1、引言反激式轉(zhuǎn)換器又稱單端反激式或“BUCK-BOOST”轉(zhuǎn)換器，因其輸出端在原邊繞組關(guān)斷時獲得能量故而得名。在反激變換器拓撲中，開關(guān)管導時，變壓器儲存能量，負載電流由輸出濾波電容提供；開關(guān)管關(guān)斷時，變壓器將儲存的能量傳送到負載和輸出濾波電容，以補償電容單獨提供負載電流時消耗的能量。其優(yōu)點如下：a、電路簡單，能高效提供多路直流輸出，因此適合多組輸出要求；b、輸入電壓在很大的范圍內(nèi)波動時，仍可有較穩(wěn)定的輸出，目前己可實理交流輸85-265V間，無需切換而達到穩(wěn)定輸出的要求；c、轉(zhuǎn)換效率高，損失??；d、變壓器匝數(shù)比值小。2、反激變換器工作原理以

2、隔離反激式轉(zhuǎn)換器為例(如右圖)，簡要說明其工作原理：當開關(guān)管VT導通時，變壓器T初級Np有電流Ip,并將能量儲存于其中(E=Lp*lp2/2)。由于初級Np與次級Ns極性相反，此時次級輸出整流二極管D反向偏壓而止，無能量傳送到負載。當開關(guān)管VT關(guān)斷時，由楞次定律：(感應電動勢E=-NAf/AT)可知，變壓器原邊繞組將產(chǎn)生一反向電動勢，此時輸出整流二極管D正向?qū)ǎ撦d有電流II流通。由圖可知，開關(guān)管Q導通時間Ton的大小將決定IP、Vds的幅值為Vds(max)=Vin/1-Dmax。(其中Vin輸入直流電壓；Dmax:最大占空比Dmax=Ton/T)。由此可知，想要得到低的漏極電壓，必須保持

3、低的Dmax,也就是Dmax0.花100-130KE2EEL16瓦頊直管10-200.花100-130KE2EEL19瓦頊直管20-300.花100-130KE2E128瓦頊直管20-300.860-100KHZEF25瓦頊直管30-500.860-100KHZEER28FMICWS管S0-700.860-100KHZELS5FMICWS管70-1000.8560-80KH2E36/1S/11FWMIC+WS管1C0-1500.85:60-80KH2EEK40計算最大導通時ML(150hax)_Dmax0.85fs40-80KH2:E42,E55假設作用電壓是一人方波，輸出電壓最低時假設導通時

4、間為最大導通時間，因此一個導通期間的伏秒值與原邊匝數(shù)關(guān)系為Np=Vin(min)*Ton(max)/B*Ae或Np=Vin(max)*Ton(max)/B*Aef呆守或Np=Vin(rating)*Ton(max)/B*Ae【設計說明】：若在開機瞬間或者瞬加負載的條件下，當輸入電壓較高時，電路會以寬脈沖以提供功率。這樣，輸入電壓和脈寬都同時為最大情況下，即使只是短暫的時間，但會使變壓器出理飽和而引起失控。變壓器若按高輸入電壓、寬脈沖設計，增加原邊線圈匝數(shù)可解決變壓器飽和現(xiàn)象，但這種設計雖然可告靠，但是降低了變壓器效率，而且在輸入電流大的情況下，因為要求導線比較粗，很可能導致出現(xiàn)無法繞下的情況。

5、一般來說，我們設計時總是偏向保守一點的，因此建議可以考慮使用額定輸入電壓來計算原這匝數(shù)。4.4變壓器副邊匝數(shù)計算由于變壓器輸出后由整流二極管，為方便計算，二極管等壓降按1V計。副邊匝數(shù)為N2=NP*(Vout+1/Vin(min)*(1-Dmax/Dmax)計算副邊繞組反激電壓為(Vout+1)/N2V/匝其他繞組匝數(shù)為Nn=(Voutn+1)/(Vout+1)/N2(Vou為第n個繞組的輸出電壓)【繞制說明】：若原邊匝數(shù)較多，應釆取夾繞以增加耦合，減小漏感。4.5計算原邊電感量由于反激電路變壓器磁芯中柱需要加入氣隙，防止磁芯飽和。加入氣隙后，有效磁感應強度變化范圍可以增加，但是電感量卻下降，

6、為防止由于電感量下降導致輸出電流不連續(xù)，需要求出原邊最小電感量_min值。設定電感量電流波形如圖2所示：取谷值電流Ip1為峰值電流Ip2的三分之一，則Im=lp2-lp1=2lp1最大平均直流輸入電流ls=Pin/Uin(min)導通期間最大平均輸入電流lm*Ton=ls*Tim=ls*T/Ton=ls/Dmax導通時間N內(nèi)變化電流i=lm=lp2-lp1=2lp1原邊最小電感量計算公式：Lp=(U(inmin).At/Ai【取值說明】：考慮到冗余，一般來說Lp實際用時取計算值的1.5倍。磁芯氣隙長度計算公式：Lg=U0.N12.Ae/Lp4.6核算磁感應強度核算交流磁感應強度Bac=Vin(

7、min)*ton/Np*Ae核算直流磁感應強度Bac=U*H=(Uo*Np*lp1)/*10A3核算最大磁感應強度Bmax=Bdc+Bac/2若選取磁芯BsatBmax,則滿足要求。4.7選取導線開關(guān)頻率fs時的空透深度：=66.1/Jfs選取導線的直徑2A,查閱導線資料，得到截面積AXP:計算導線股數(shù)：取電流密度J,般為3-5A/mm2根據(jù)所需等效導線截面積S=l/J股數(shù)x=S/Axp4.8核算核算窗口占空系數(shù)繞組總截面A=Axp*(x1*N1+x2*N2+)=A/Aw占空系數(shù)：一般占空系數(shù)小于0.4，則窗口滿足繞制要求。5、反激變換器設計時注意事項1、儲能能力：當變壓器工作于CCM方式時，

8、由于出現(xiàn)了直流分量，需要加氣隙，使磁化曲線向H軸傾斜，從而使變壓器能承受較大的電流，傳遞更多的能量。P=fxVeJbrHdB（Ve磁芯和氣隙的有效體積）或P=1/2LP（lmax2-lmin2）（lmaxImin:為導通周末、始端相應的電流值）2、電感值Lp:電感Lp在變壓器設計初期不作重點考量，因為Lp只影響開關(guān)電源的工作方式，故此一參數(shù)由電路工作方式要求作調(diào)整。Lp的最大值與變壓器損耗最小值是一致的，如果設計所得Lp大，又要求以CCM方式工作，則剛巧合適。而若需以DCM方式工作時，則只能用增大氣隙，降低Lp來達到要求，這樣才不會使變壓器偏離設計。3、原、副邊繞組每匝伏數(shù)應保持相同：設計時往

9、往會遇到副邊匝數(shù)需由計算所得分數(shù)匝取整，而導致副邊的每匝伏數(shù)低于原邊每匝伏數(shù)，因而引起副邊的每匝伏秒值小于原邊，為使其達到平衡就必須減小ton時間，用較長的時間來傳輸電能到輸出端即要求導通占空比D小于0.5使電路工作于DCM模式。但在此需注意：若Lp太大，電流上升斜率小，ton時間又短（50%），很可能在ton結(jié)束時，電流上升值不大，出現(xiàn)電路沒有能力去傳遞所需功率的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象是因變壓器自我功率限制之故，可通過增加氣隙和減小電感Lp,使自我限制作用不會產(chǎn)生來然解決此問題。4、反激變換器的主功率管需加吸收電路，用于吸收開關(guān)管在反激時的電壓尖峰。主管吸收電容的空值計算公式：C=ld*（tr+tf）/Vds主管吸收電