正激變換器工作原理

1、正激變換器實際應(yīng)用中，由于電壓等級變換、安全、系統(tǒng)串并聯(lián)等原因，開關(guān)電源的輸入輸出往往需要電氣隔離。在基本的非隔離變換器中加入變壓器，就可以派生出帶隔離變壓器的變換器。例如，單端正激變換器就是有變換器派生出來的。一 工作原理1 單管正激變換器 單端正激變換器是由BUCK變換器派生而來的。圖（a1）為BUCK變換器的原理圖，將開關(guān)管右邊插入一個隔離變壓器，就可以得到圖（a2）的單端正激變換器圖（a1）變換器圖（a2）單端正激變換器變換器工作原理：電路進入平恒以后，由電感單個周期內(nèi)充放電量相等，由電感周期內(nèi)充放電平恒可以得到：即： 可得：單端正激變換器的工作原理和和相似。其工作狀態(tài)如圖如圖（a3）

2、所示：圖（a3）單端正激變換器工作狀態(tài)開關(guān)管Q閉合。如圖所示，當(dāng)開關(guān)管Q閉合時的工作狀態(tài)如圖a4所示，圖（a4）根據(jù)圖中同名端所示，可以知道變壓器副邊也流過電流，D1導(dǎo)通，D2截止，電感電壓為正，變壓器副邊的電流線性上升。在此期間，電感電壓為：開關(guān)管Q截止。開關(guān)管截止時，變壓器副邊沒有電流流過，副邊電流經(jīng)反并聯(lián)二極管D2續(xù)流，在此期間，電感電壓為負，電流線性下降:在穩(wěn)定時，和BUCK電路一樣，電感電壓在一個周期內(nèi)積分為零，因此：得：由此可見，單端正激變換器電壓增益與開關(guān)導(dǎo)通占空比成正比，比BUCK電路只多了一個變壓器的變化。回饋式單端正激變換器回饋式單端正激變換器單端正激變換器的實用電路拓撲，

3、其原理圖如圖（a5）所示圖（a5）回饋式單端正激變換器的工作原理和單端正激變換電路相似，只是在在原邊增加了一個回饋環(huán)節(jié)。其工作狀態(tài)如圖（a6）所示圖（a6）當(dāng)Q開通時，工作原理和單端正激變換器相似，電流從N1端流過，電流線性增大，同時向副邊傳遞能量。當(dāng)截止時，Np兩端電壓為-Ui，Nr端同名端變副大小為，同時通過二級管向輸入電源回饋電能。2 三路輸出正激變換器 原理圖如圖（b1）所示圖（c1）由三路輸出正激變換器的拓撲可得，其副邊拓撲只是在單端正激變換器的基礎(chǔ)上再加了兩個輔輸出部分，所以它的工作原理和單端正激變換器相似。其原端和回饋式單端正激變換器一樣。3 雙端正激變換器圖（c1）工作原理：開

4、關(guān)管Q1和Q2同時開通或截止，如圖（c2）所示。圖（c2）當(dāng)Q1和Q2同時導(dǎo)通時，二極管D1和D2反偏截止，輸入Ui通過變壓器T向副邊傳輸能量，副邊二極管D3和D4導(dǎo)通，副邊電感L1和L2上電壓線性上升，電感開始儲能。當(dāng)Q1和Q2同時截止時，如圖（c3）變壓器原邊上通過鐵芯感應(yīng)的電壓通過二級管D1和D2向輸入電源Ui反饋能量。圖（c3）4 交錯正激變換器電路原理圖如圖（d1）所示：圖（d1）其工作狀態(tài)如圖（d2）所示圖（d2）工作原理：Q1和Q2分別開通在電路運行的上半周期和下班周期，并分別留有一定時間的死區(qū)。例如上半周期Q1開通，Q2截止。下半周期，Q2開通Q1截止。工作原理和回饋式單端正激

5、變換器相同，只是在每個周期內(nèi)有兩個能量脈沖。二 各種正激變換器的優(yōu)缺點 1 單端正激變換器和非隔離開關(guān)電路拓撲相比增加了一個隔離變壓器。優(yōu)點：1 可以通過改變次級繞組和初級繞組的線圈匝數(shù)比來決定輸出電壓是降壓還是升壓，或者增大了電壓的輸出范圍。2 改變輸出電壓極性是非常方便的，只要將次級繞組線圈的兩端對調(diào)，再將次級整流二極管和濾波電容的方向?qū)φ{(diào)就可以。3 輸出和輸入隔離，加大了電路抗干擾的能力。缺點：1 由于變壓器漏感的存在，當(dāng)Q1截止時，其兩端將承受非常高的電壓應(yīng)力，易將開關(guān)管Q1損壞。2 磁芯利用率不高，單位周期內(nèi)只有一個功率脈沖。3 變壓器的磁芯由于一直工作于被置位狀態(tài)，容易飽和?；仞伿?/p>

6、單端正激變換器回饋式單管正激變換器在原來基礎(chǔ)上增加了回饋環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了能量的回饋，而且為變壓器提供了磁芯復(fù)位回路。但是當(dāng)磁芯工作于復(fù)位狀態(tài)時，開關(guān)管同樣要承受很大的電壓應(yīng)力。由此可以得出，單端正激變換器只能用于輸出功率不是很大的情況下。2 三路輸出正激變換器三路輸出正激變換器和單端正激變換器拓撲結(jié)構(gòu)相似，其優(yōu)缺點也一樣。和單端正激變換器一樣，三路輸出正激變換器也只能用于輸出功率不是很大的情況下。3 雙端正激變換器雙管正激變換器使用兩個開關(guān)管，這樣做有顯著地優(yōu)勢。1 關(guān)斷時每個開關(guān)管僅承受一倍的直流輸入電壓電壓，這樣就可以使輸出的功率加大。2 關(guān)斷時不會出現(xiàn)漏感尖峰。由此可以得出，和單端正激變換器

7、相比，雙管正激變換器能用于相對比較大的輸出功率地情況下。4 交錯正激變換器這種拓撲只是將兩個單端正激變換器交替工作（各占半個周期），其次級電流通過二極管相加。所以，在每個周期內(nèi)有兩個功率脈沖，每個變換器只提供總輸出功率的一半。由于在每個周期內(nèi)有兩個功率脈沖，交錯正激變換器也可以由于相對比較的輸出功率的情況下。三 原器件的選擇準則變壓器的選擇1 磁心選擇 正激變換器的變壓器磁心有效功率和峰值磁密、磁心面積、窗口面積、頻率及繞組電流密度有關(guān)。2 初級匝數(shù)的計算由法拉第定律確定初級匝數(shù)表達式為為最小直流輸入電壓，為工作周期，為磁心面積，為磁通密度變化量。此處計算的基礎(chǔ)如下：考慮到磁心的完全復(fù)位，開關(guān)

8、管導(dǎo)通時間選擇為，在輸入最小電壓情況下，其導(dǎo)通半周期的80%（因為如果導(dǎo)通時間占滿整個半周期，若導(dǎo)通時間稍有改變而增加，就會使磁心不能完全復(fù)位），即0.4。開關(guān)管導(dǎo)通時，初級線圈兩端電壓為輸入電壓減去開關(guān)管得導(dǎo)通電壓（此處假設(shè)為1V）。3 次級匝數(shù)的計算 次級繞組匝數(shù)可由電壓輸出要求輸出來。開關(guān)管、續(xù)流二極管、整流二極管的選擇1開關(guān)管的選擇 開關(guān)管的選擇關(guān)鍵在其所能承受的關(guān)斷電壓應(yīng)力和工作頻率。而回饋式單端正激變換器的關(guān)斷電壓還得從變壓器的繞組匝數(shù)看起：如圖所示：Q1關(guān)斷時，和的極性反向，同名端變負，且被二極管D鉗位至地電位，此時變壓器是一個自耦變壓器，上壓降為，而上為。導(dǎo)通時間，磁心被伏秒數(shù)

9、置位，關(guān)斷時必須施加相等的伏秒數(shù)才能使它復(fù)位到磁滯回線的起始位置。當(dāng)和相等時，開關(guān)管的電壓應(yīng)力為兩倍的. 而交錯正激變換器得開關(guān)管關(guān)斷電壓應(yīng)力僅為一倍的 所以，開關(guān)管的關(guān)斷電壓應(yīng)力，應(yīng)該根據(jù)實際的電路拓撲而定，然后選擇開關(guān)管的規(guī)格。2 續(xù)流二級滾和整流二極管的選擇 由于次級有輸出電感，所以次級電流波形為階梯斜波。當(dāng)直流輸入最小電壓時，階梯斜波的寬度為，將次級電流折算到初級，初級電流也為階梯斜波的寬度為的電流脈沖。將階梯斜波電流等效為平頂電流，其幅值為其中點值，則電流平均值為，因此有，即：就是選擇器件的重要依據(jù)。濾波器的選擇1 電感的選擇 電感的選擇應(yīng)該保證直流輸出電流最小規(guī)定電流（ ）時，電感電流也保持連續(xù)，電感電流斜坡電流峰-峰值為，因為當(dāng)直流電流等于電感斜坡峰-峰值一半時，進入連續(xù)工作狀態(tài)，即：即： 2 電容的選擇一般的電容并非理想電容，其可等效為寄生電阻和電感與理想電容的串聯(lián)。一般的，總希望大部分紋波電流分量進入電容。輸出電壓的紋波由輸、一同決