單端反激變換器的建模及應(yīng)用仿真

1、單端反激變換器的建模及應(yīng)用仿真單端反激變換器的建模及應(yīng)用仿真摘要：介紹一種單端反激式高壓 DC/DC變換器 , 敘述其工作原理 , 工作模式，波形的輸出。并對兩種工作模式進(jìn)行了分析。通過對單端反激變換器的 Matlab /Simulink 建模與仿真， 研究電路的輸出特性， 以及一些參數(shù)的選擇設(shè)置方法。關(guān)鍵詞：單端反激變換器 Matlab/Simulink 建模與仿真反激變換器概述換電路由于具有拓?fù)浜唵?，輸入輸出電氣隔離，升/ 降壓范圍廣，多路輸出負(fù)載自動均衡等優(yōu)點，而廣泛用于多路輸出機(jī)內(nèi)電源中。在反激變換器中，變壓器起著電感和變壓器的雙重作用，由于變壓器磁芯處于直流偏磁狀態(tài)，為防磁飽和要加入

2、氣隙，漏感較大。當(dāng)功率管關(guān)斷時，會產(chǎn)生很高的關(guān)斷電壓尖峰，導(dǎo)致開關(guān)管的電壓應(yīng)力大，有可能損壞功率管；導(dǎo)通時，電感電流變化率大。因此在很多情況下，必須在功率管兩端加吸收電路。反擊變換器的特點：1、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。反激變換器是輸出與輸入隔離的最簡單的變換器。輸出濾波僅需要一個濾波電容，次側(cè)二極管導(dǎo)通，變壓器儲能向負(fù)載釋放。它和正激變換器不同，正激變換器的變壓器勵磁電感儲能一般很小，各繞組瞬時功率的代數(shù)和為零，變壓器只起隔離、變壓作用。而反激變換器的變壓器比較特殊，它兼起儲能電感的作用，稱為儲能變壓器（或電感 - 變壓器）。為防止負(fù)載電流較大時磁心飽和，反激變

3、換器的變壓器磁心要加氣隙，降低了磁心的導(dǎo)磁率，這種變壓器的設(shè)計是比較復(fù)雜的。在開關(guān)管關(guān)斷時，反激變換器的變壓器儲能向負(fù)載釋放，磁心自然復(fù)位，因此反激變換器無需另加磁復(fù)位措施。磁心自然復(fù)位的條件是：開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷時間期間，變壓器一次繞組所承受電壓的伏秒乘積相等。反激電路存在兩種工作模式：電流連續(xù)和電流斷續(xù)模式。與非隔離 DC/DC變換電路不同，反激電路電流連續(xù)與否指的是變壓器副邊繞組的電流。當(dāng) S 導(dǎo)通時，變壓器副邊繞組中電流未下降到 0，則電路工作于電流連續(xù)模式；當(dāng) S 導(dǎo)通時，變壓器副邊繞組中電流下降到 0，則電路工作于電流斷續(xù)模式； 值得注意的是電路工作于電流連續(xù)模式時，其變壓器鐵心利用率

4、顯著降低，因此實際使用中通常避免電路工作于電流連續(xù)模式。2.1 電流連續(xù)模式反激電路工作于電流連續(xù)模式時，在一個開關(guān)周期經(jīng)歷 S 導(dǎo)通，關(guān)斷 2 個開關(guān)狀態(tài)， 如圖 2-2 所示。對應(yīng)于 1 個開關(guān)周期 T 的 2 個時段：t0-t1 和 t1-t2 ，電路中主要的電壓和電流波形如圖 2-3 所示。t0-t1 時段：如圖 2-2(a) 所示， S 導(dǎo)通，根據(jù)繞組間同名端關(guān)系，二極管 VD反向偏置而截止，變壓器原邊繞組 w1電流線性增加，變壓器儲能增加。t1-t2 時段：如圖 2-2(b) 所示， S 關(guān)斷，二極管VD導(dǎo)通，變壓器原邊繞組 w1的電流被切斷， 變壓器在 t0-t1 時段儲存的能量

5、通過變壓器副邊繞組 w2和二極管向輸出端釋放。(a ）S 導(dǎo)通b）S 截止圖 2-2 反激電路的開關(guān)狀態(tài)圖 2-3反激電路電流連續(xù)模式下主要波形（注： Ug 開關(guān)管電壓、 UT 開關(guān)管兩端電壓、UL2 變壓器副邊電壓、I L1 變壓器原邊電流I L2 變壓器副邊電流）當(dāng) S 關(guān)斷后所承受的電壓為：US=Ui+K12 U0式中 K12 為變壓器原邊與副邊繞組的匝數(shù)比。當(dāng)反擊電路工作于電流連續(xù)模式時，輸入輸出電壓關(guān)系為：U 0K 21D Ui1 D2.2 電流斷續(xù)工作模式反激電路工作于斷續(xù)模式時，在一個開關(guān)周期內(nèi)經(jīng)歷 S 導(dǎo)通、關(guān)斷和電感電流為0 的 3 個開關(guān)狀態(tài)，對應(yīng)的 3 個時段分別為t0-

6、t1 、t1-t2,t2-t3，電路中主要的電壓和電流波形如圖2-4 所示。t0-t1時段： S 導(dǎo)通，二極管VD截止，變壓器原邊繞組 w1電流線性增加，變壓器儲能增加。t1-t2時段： S 關(guān)斷，二極管VD導(dǎo)通，變壓器原邊繞組電流被切斷，變壓器在t0-t1 時段儲存的能量通過變壓器副邊繞組 w2和二極管向輸出端釋放。直到 t2 時刻，變壓器中的能量釋放完畢，繞組 w2中的電流下降為 0，二極管截止。t2-t3 時段：變壓器原邊繞組和副邊繞組電流均為 0，這時由電容 C 向負(fù)載供電。圖 2-3反激電路電流斷續(xù)模式下主要波形反激電路電流斷續(xù)工作時，輸出的電壓U0 將高于電流連續(xù)時輸出的電壓 U0

7、，并且隨著負(fù)載的減小而升高。電流斷續(xù)工作模式下， S 關(guān)斷后在 t1-t2 時間段所承受的電壓為 US=Ui +K12U0，t2-t3 時間段為 Ui ，這點與電流連續(xù)工作模式不同。電路的仿真建模下面用 MATLAB軟件對電路進(jìn)行建模仿真。仿真模型如圖 3-1 所示：圖 3-1反激電路仿真建模圖Simulink 仿真模型圖中電壓源為 24V 直流電壓；L 為濾波電感， C 為濾波電容。 Diode1 為電力二極管，單向?qū)?，阻止電流反向流動；電路的開關(guān)器件為 IGBT， R 為負(fù)載。 Scope1 用于顯示 IGBT 的電流電壓。 Scope2 用于顯示變壓器副邊繞組電流、負(fù)載電壓和負(fù)載電流。

8、 Pulse Generator 為 PWM脈沖發(fā)生器，用于驅(qū)動 IGBT，調(diào)節(jié)其占空比就可以控制輸出電壓的大小。圖中有幾個比較重要的元件的參數(shù)需要設(shè)定。元件參數(shù)如下表3-1 所示：表 3-1仿真建模中元件參數(shù)DC Voltage100VC4-42e10 F變f10000HZ壓V1100V器V220VPWM周期000001secDiode1R0.05H-810Vf0.7Rs510CsInf圖 3-2 當(dāng)占空比D=50%， Rm=50pu、 Lm=2pu,電阻 R=1各信號波形圖 3-3 當(dāng)占空比 D=8%， Rm=50pu、Lm=2pu,電阻 R=1各信號波形從圖 3-2 和 3-3 可以看出

9、：當(dāng)其他條件不變時，減小占空比，電路由連續(xù)模式變?yōu)閿嗬m(xù)模式。圖 3-4 當(dāng)占空比 D=50%，Rm=50pu、Lm=0.1pu,R=1 各信號波形從圖 3-2 和 3-4 可以看出，當(dāng)其他條件不變，減小變壓器 Lm值時，電路由連續(xù)模式變?yōu)閿嗬m(xù)模式。圖 3-5當(dāng)占空比 D=50%，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8各信號波形從圖 3-2 和 3-5 可以看出，其他條件不變增大輸出電阻阻值，電路由連續(xù)模式變?yōu)閿嗬m(xù)模式，且輸出電壓 Uo 和輸出電流 I o 將越來越大、趨于無窮?？偨Y(jié)從圖中波形可以看出變壓器的 Lm的大小直接影響反激電路的連續(xù)方式和斷續(xù)方式。當(dāng)負(fù)載一定，隨著 Lm 的減小反激電路會從連續(xù)模式轉(zhuǎn)為斷續(xù)模式，但這時紋波較大。當(dāng) Lm一定