反激式变换器原理设计与实用

1、反激式变换器原理设计与实用反激式变换器原理设计与实用1、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

2、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*lp2/2)。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=-NAf/AT)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II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輸入直流电压；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

3、低的Dmax,也就是Dmax0.花100-130KE2EEL16瓦顼直管10-200.花100-130KE2EEL19瓦顼直管20-300.花100-130KE2E128瓦顼直管20-300.860-100KHZEF25瓦顼直管30-500.860-100KHZEER28FMICWS管S0-700.860-100KHZELS5FMICWS管70-1000.8560-80KH2E36/1S/11FWMIC+WS管1C0-1500.85:60-80KH2EEK40计算最大导通时ML(150hax)_Dmax0.85fs40-80KH2:E42,E55假设作用电压是一人方波，输出电压最低时假设导通时

4、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*Aef呆守或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。

5、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)/N2V/匝其他绕组匝数为Nn=(Voutn+1)/(Vout+1)/N2(Vou为第n个绕组的输出电压)【绕制说明】：若原边匝数较多，应釆取夹绕以增加耦合，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，

6、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_min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=lp2-lp1=2lp1最大平均直流输入电流ls=Pin/Uin(min)导通期间最大平均输入电流lm*Ton=ls*Tim=ls*T/Ton=ls/Dmax导通时间N内变化电流i=lm=lp2-lp1=2lp1原边最小电感量计算公式：Lp=(U(inmin).At/Ai【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.N12.Ae/Lp4.6核算磁感应强度核算交流磁感应强度Bac=Vin(

7、min)*ton/Np*Ae核算直流磁感应强度Bac=U*H=(Uo*Np*lp1)/*10A3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/Jfs选取导线的直径2A,查阅导线资料，得到截面积AXP:计算导线股数：取电流密度J,般为3-5A/mm2根据所需等效导线截面积S=l/J股数x=S/Axp4.8核算核算窗口占空系数绕组总截面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，

8、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=fxVeJbrHdB（Ve磁芯和气隙的有效体积）或P=1/2LP（lmax2-lmin2）（lmaxImin: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

9、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=ld*（tr+tf）/Vds主管吸收电