反激式变换器原理设计.doc

反激式变换器原理设计与实用1、引言12、反激变换器工作原理13、工作模式简述23.1工作模式介绍23.2两种工作模式的区别24、反激变压器设计模板34.1、确定设计条件34.2磁芯的选择34.3变压器原这匝数计算34.4变压器副边匝数计算44.5计算原边电感量44.6核算磁感应强度44.7选取导线44.8核算核算窗口占空系数45、反激变换器设计时注意事项46 结 论51、 引言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。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。其优点如下：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、转换效率高，损失小；d、变压器匝数比值小。2、 反激变换器工作原理以隔离反激式转换器为例（如右图），简要说明其工作原理：当开关管VT导通时，变压器T初级Np有电流Ip，并将能量储存于其中（E=Lp*Ip/2）。由于初级Np与次级Ns极性相反，此时次级输出整流二极管D反向偏压而止，无能量传送到负载。当开关管VT关断时，由楞次定律：（感应电动势E=N/T）可知，变压器原边绕组将产生一反向电动势，此时输出整流二极管D正向导通，负载有电流Il流通。 由图可知，开关管Q导通时间Ton的大小将决定IP、Vds的幅值为Vds（max）=Vin/1-Dmax。（其中Vin:输入直流电压；Dmax：最大占空比Dmax=Ton/T）。由此可知，想要得到低的漏极电压，必须保持低的Dmax，也就是Dmax0.75100-130KHZEEL16PWM IC+MOS管10-200.75100-130KHZEEL19PWM IC+MOS管20-300.75100-130KHZE128PWM IC+MOS管20-300.860-100KHZEF25PWM IC+MOS管30-500.860-100KHZEER28PWM IC+MOS管50-700.860-100KHZEL35PWM IC+MOS管70-1000.8560-80KHZE36/18/11PWM IC+MOS管100-1500.8560-80KHZEER40PWM IC+MOS管1500.8540-80KHZE42,E554.3变压器原这匝数计算计算最大导通时间ton（max）=Dmax/fs假设作用电压是一人方波，输出电压最低时假设导通时间为最大导通时间，因此一个导通期间的伏秒值与原边匝数关系为Np=Vin(min)*Ton(max)/ B*Ae或Np=Vin(max)*Ton(max)/ B*Ae保守或Np= Vin(rating) *Ton(max)/ B*Ae【设计说明】：若在开机瞬间或者瞬加负载的条件下，当输入电压较高时，电路会以宽脉冲以提供功率。这样，输入电压和脉宽都同时为最大情况下，即使只是短暂的时间，但会使变压器出理饱和而引起失控。变压器若按高输入电压、宽脉冲设计，增加原边线圈匝数可解决变压器饱和现象，但这种设计虽然可告靠，但是降低了变压器效率，而且在输入电流大的情况下，因为要求导线比较粗，很可能导致出现无法绕下的情况。一般来说，我们设计时总是偏向保守一点的，因此建议可以考虑使用额定输入电压来计算原这匝数。4.4变压器副边匝数计算由于变压器输出后由整流二极管，为方便计算，二极管等压降按1V计。副边匝数为N2=NP*(Vout+1/Vin(min)*(1-Dmax/Dmax)计算副边绕组反激电压为（Vout+1）/N2 V/匝其他绕组匝数为Nn=(Voutn+1)/(Vout+1)/N2 (Vout为第n个绕组的输出电压)【绕制说明】：若原边匝数较多，应采取夹绕以增加耦合，减小漏感。4.5计算原边电感量 由于反激电路变压器磁芯中柱需要加入气隙，防止磁芯饱和。加入气隙后，有效磁感应强度变化范围可以增加，但是电感量却下降，为防止由于电感量下降导致输出电流不连续，需要求出原边最小电感量Lmin值。 设定电感量电流波形如图2所示： 取谷值电流Ip1为峰值电流Ip2的三分之一，则Im=Ip2-Ip1=2Ip1 最大平均直流输入电流Is=Pin/Uin(min) 导通期间最大平均输入电流Im*Ton=Is*Tim=Is*T/Ton=Is/Dmax 导通时间t内变化电流 i=Im=Ip2-Ip1=2Ip1 原边最小电感量计算公式： Lp=(U(in min). t/i 【取值说明】：考虑到冗余，一般来说Lp实际用时取计算值的1.5倍。磁芯气隙长度计算公式：Lg=U0.N1.Ae/Lp4.6核算磁感应强度 核算交流磁感应强度 Bac=Vin(min)*ton/Np*Ae 核算直流磁感应强度 Bac=U*H=(Uo*Np*Ip1)/*10 核算最大磁感应强度 Bmax=Bdc+Bac/2若选取磁芯BsatBmax,则满足要求。4.7选取导线 开关频率fs时的空透深度： =66.1/fs选取导线的直径2，查阅导线资料，得到截面积AXP：计算导线股数：取电流密度J，一般为3-5A/mm根据所需等效导线截面积S=I/J,股数x=S/Axp4.8核算核算窗口占空系数绕组总截面积A=Axp*(x1*N1+x2*N2+)=A/Aw占空系数：一般占空系数小于0.4，则窗口满足绕制要求。5、 反激变换器设计时注意事项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=fxVebr 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的最大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)