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)用仿真第1頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月一、反激變換器的特點(diǎn)1、反激變換器的適用范圍 由于不需要接輸出濾波電感，使得反激變換器的成本較低、體積較小，所以這種拓?fù)湓谳敵龉β蕿?－150W的電源中廣泛應(yīng)用。適用于高電壓、低功率場(chǎng)合。主要應(yīng)用于小型儀器、儀表，家用電器等電源，自動(dòng)化設(shè)備中的控制電源。 除了功率以外，一般在選擇用反激拓?fù)鋾r(shí)還應(yīng)考慮以下限制：若輸出電流很大，且輸出電壓紋波要求較高時(shí)不適宜用反激拓?fù)洌驗(yàn)檩敵鰹V波電容將會(huì)很難選擇；若輸出多于三組或四組時(shí)，最好不要用反激拓?fù)?，因?yàn)榇渭?jí)能量輸出時(shí)是按漏感的大小來進(jìn)行分配的，如果繞組間漏感不匹配，就會(huì)影響到輸出調(diào)整率，沒有直接取反饋的那路的電壓容易隨負(fù)載變化而劇烈變化。第2頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月2、反激拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn) 反激拓?fù)潆娐繁容^簡(jiǎn)單，反激變壓器既充當(dāng)變壓器，又充當(dāng)電感，因此不用像正激拓?fù)淠菢有枰粋€(gè)大的儲(chǔ)能濾波電感，以及一個(gè)續(xù)流二極管。所以反激拓?fù)涞捏w積要比正激拓?fù)涞捏w積小，且成本也要低。不需要加磁復(fù)位繞組。反激拓?fù)湟笳{(diào)控占空比的誤差信號(hào)幅度要比較低。反激的缺點(diǎn)也很明顯。電壓和電流的輸出特性要比正激拓?fù)涞牟?輸出電流紋波較大)。由于反激拓?fù)渥儔浩鞯蔫F芯一般需要留一定的氣隙，反激拓?fù)渥儔浩鞒跫?jí)和次級(jí)線圈的漏感都比較大，開關(guān)電源變壓器的工作效率低，只適合小功率開關(guān)電源(5-150W)。第3頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月二、反激變換器的基本工作原理1.基本工作原理（1）當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器原邊電感電流開始上升，此時(shí)由于次級(jí)同名端的關(guān)系，輸出二極管VD截止，變壓器儲(chǔ)存能量，負(fù)載由輸出電容C提供能量，拓?fù)潆娐啡缦聢D。

圖2-1開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)原理圖為防止負(fù)載電流較大時(shí)磁心飽和，反激變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(jì)是比較復(fù)雜的。第4頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

（2）當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，變壓器原邊電感感應(yīng)電壓反向，此時(shí)輸出二極管導(dǎo)通，變壓器中的能量經(jīng)由輸出二極管向負(fù)載供電，同時(shí)對(duì)電容充電，補(bǔ)充剛剛損失的能量，原理圖如下圖。

圖2-2開關(guān)管截止時(shí)原理圖

在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，反激變換器的變壓器儲(chǔ)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(shí)間期間，變壓器一次繞組所承受電壓的伏秒乘積相等。第5頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月2、DCM(discontinuouscurrentmode)&CCM(continuouscurrentmode)

根據(jù)次級(jí)電流是否有降到零，反激可以分為DCM和CCM兩種工作模式。兩種模式有其各自的特點(diǎn)。下面兩種工作模式時(shí)的波形。圖2-3反激變換器工作在CCM下的各個(gè)波形第6頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖2-3反激變換器工作在DCM下的各個(gè)波形

反激電路中變壓器磁芯的磁通密度取決于繞組中電流的大小。在最大磁通密度相同的條件下，CCM下的磁通密度的變化范圍要比DCM小，由Vi＝N*△B*Ae/DT可知，CCM相對(duì)而言需要較多的匝數(shù)或是較大的磁芯。磁芯的利用率較低。第7頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、反激電路的建模與仿真第8頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

Simulink仿真模型中電壓源為100V直流電壓.PulseGenerator為PWM脈沖發(fā)生器，用于驅(qū)動(dòng)IGBT，調(diào)節(jié)其占空比就可以控制輸出電壓的大小。Diode為電力二極管，單向?qū)ǎ柚闺娏鞣聪蛄鲃?dòng)；電路的開關(guān)器件為IGBT，R為輸出電阻。Scope用于顯示PWM脈沖信號(hào)、IGBT開關(guān)電流Is和開關(guān)電壓Us、副邊電流Iw2、負(fù)載電流I0、負(fù)載電壓U0。DCVoltage100VPWM周期 0．0001sec變壓器頻率10000HZ原邊電壓100V副邊電壓20VR5ΩC2e-4F

參數(shù)設(shè)置第9頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖3-3當(dāng)占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,電阻R=5Ω,IGBT內(nèi)部電感=1e-8H各信號(hào)波形第10頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-4當(dāng)占空比D=5，Rm=50pu、Lm=2pu,電阻R=5Ω,IGBT內(nèi)部電感=1e-8H各信號(hào)波形

從圖3-3和3-4可以看出：當(dāng)其他條件不變時(shí)，減小占空比，電路由連續(xù)模式變?yōu)閿嗬m(xù)模式。第11頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-5當(dāng)占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=5Ω,IGBT內(nèi)

部電感=1e-8H各信號(hào)波形第12頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖3-6當(dāng)占空比D=50，Rm=50pu、Lm=1pu,R=5Ω,IGBT內(nèi)部電感=1e-8H各信號(hào)波形

從圖3-5和3-6可以看出，當(dāng)其他條件不變，減小變壓器Lm值時(shí)，電路由連續(xù)模式變?yōu)閿嗬m(xù)模式。第13頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-7當(dāng)占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=5Ω,IGBT內(nèi)部電感=1e-8H各信號(hào)波形第14頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-8當(dāng)占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8Ω,IGBT內(nèi)部電感=1e-8H各信號(hào)波形

從圖3-7和3-8可以看出，其他條件不變?cè)龃筝敵鲭娮枳柚?，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Io將越來越大、趨于無窮。第15頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-9當(dāng)占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8Ω,IGBT內(nèi)

部電感=1e-8H時(shí)各信號(hào)波形第16頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-10當(dāng)占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8Ω,IGBT內(nèi)

部電感=0.1H時(shí)各信號(hào)波形

從圖3-9和3-10可以看出，其他條件不變?cè)龃驣GBT內(nèi)部電感值，電路由連續(xù)模式變?yōu)閿嗬m(xù)模式。第17頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月四．結(jié)論

（1）在其他條件不變的情況下，占空比D、變壓