单端反激式dcdc变换器运行模式的研究

单端反激式dcdc变换器运行模式的研究

0电子开关电路与负载电力电子电源在电子设备中起着重要作用。人们还形象地将电源比作电子设备的动力中心。其中直流开关电源是一种由占空比控制的开关电路构成的电能变换装置,因此电子开关电路是其核心,负载根据需求向开关电源提出输出稳定电压或电流的特性要求,利用反馈控制电路,通过调节占空比来完成对开关电路的调控。在中小功率应用方面单端反激式DC/DC变换器占据很重要的地位,本文研究了其在连续模式和断续模式下的工作原理,通过仿真软件研究了改变占空比和输出电阻,单端反激式DC/DC变换器从连续模式转为断续模式下的电路仿真波形,为工程人员设计实际电路提供了方便。1次侧电流与一次功率滤波器二次举出时vd反激式DC/DC变换器亦称为回扫式变换器。反激式变换器的定义是在功率开关管截止期间向负载输出能量的装置。反激式DC/DC变换器的基本原理如图1(a)和图1(b)所示。Ui为直流输入电压,Uo为直流输出电压,T为高频变压器,Np为一次绕组,Ns为二次绕组。V为功率开关管MOSFET,其栅极接脉宽调制信号,漏极接一次绕组的下端。VD为输出整流二极管,C为输出滤波电容。在脉宽调制信号的正半周时V导通,一次侧有电流Ip通过,将能量储存在一次绕组中。此时二次绕组的输出电压极性是上端为负,下端为正,使VD截止,没有输出,如图1(a)所示。负半周时V截止,一次侧没有电流通过,根据电磁感应的原理,此时在一次绕组上会产生感应感应电压Uor,使二次绕组产生电压Us,其极性是上端为正,下端为负,因此VD导通,经过VD、C整流滤波后获得输出电压,如图1(b)所示。由于开关频率很高,使输出电压基本维持恒定,从而实现了稳压的目的。2变压器副边效电流反激电路存在电流连续和电流断续两种工作模式。反激电路电流连续与否指的是变压器副边绕组的电流。当开关V开通时,变压器副边绕组中的电流尚未下降到0,则电路工作于电流连续模式;当开关V开通时,变压器副边绕组中的电流已经下降到0,则电路工作于电流断续模式。2.1段电路中主电流特性反激电路在电流连续模式工作时,一个开关周期内,当开关V导通时,变压器副边基本上无电流,变压器储能。当开关V关断时,副边上又会产生电流。对应一个开关周期T的两个时段内:t0~t1和t1~t2,在这两个时段电路中主要电压和电流波形如图2所示。(1)t0~t1时段,反激电路的副边无电流。当t=t0时刻,开关V接到激励导通,介于绕组间同名端关系,二极管VD处于反向时会因为偏置而截止,变压器原边绕组的电流,也就是说开关V电流Is线性增长,变压器储能逐渐增加。(2)t1~t2时段,即反激电路的副边有电流。在t=t1时刻,开关V会关断,二极管VD会导通,变压器原边绕组的电流将会被切断,变压器在t0~t1时段,储存在磁场中的能量会向输出端释放,释放是通过变压器副边绕组和二极管VD来完成的。开关管承受的电压为:NP为变压器原边绕组匝数;NS为变压器副边绕组匝数。当反激电路工作于电流连续模式时,输入输出电压关系为:2.2变压器放大电路反激电路工作于电流断续模式时,在一个开关周期经历开关V导通、开关V关断和电感电流为0的三个开关状态。对应于一个开关周期T的三个时段内t0~t1、t1~t2、t2~t3,电路中的主要电压和电流波形如图3所示。图3电流断续时主要电压和电流波形(1)t0~t1时段:在t=t0时刻,开关V因为励磁和导通,二极管VD的变压器的初级绕组,电流呈线性增长,变压器储能增加。(2)t1~t2时段:在t=t1时刻,开关V会变得关断,二极管VD导通变压器原边电流被切断,变压器在t0~t1时段,储存的磁场能量通过变压器副边绕组和二极管VD向输出端释放。在T2时刻,变压器的磁场能量被完全释放时,次级绕组的电流将减少到0,二极管将停止。(3)t2~t3时段:变压器原边绕组和副边绕组中的电流均为0。电容C向负载提供能量。3单段反冲cd-sd变换器对nb-simulik的仿真和分析3.1脉冲发生器、scpe和脉冲设置单端反激式变换器在MATLAB/Simulink仿真模型如图4所示。仿真模型中电压源设置为100V直流电压。PWM脉冲发生器用于驱动IGBT,调节其占空比就可以调控输出电压的大小;电力二极管为Diode,单向导通,防止电流反向流动;电路的开关器件为IGBT,R为电阻、C为输出电容;Scope用于显示PWM脉冲信号、IGBT开关电流Is和开关管电压Us、副边电流Iw2、负载电流I0、负载电压U0g;算法选择ode15s,stoptime选择0.005s。3.2间断模式下电路模拟仿真单端反激式DC/DC变换器在MATLAB/Simulink中的仿真结果如图5~图8所示。图5和图6除了占空比分别为50%和5%之外,是其他电路参数完全一致的仿真波形图。其中图5为电路工作在电流连续模式下的仿真波形,图6为电路工作在断续模式下的仿真波形。比较波形图5和图6可得到的结论是,其他条件保持不变,占空比变小,电路从连续模式转换为断续模式。图7和图8除了输出电阻分别为5Ω和5MΩ之外,是其他电路参数完全一致的仿真波形图。其中图7为电路工作在电流连续模式下的仿真波形,图8为电路工作在断续模式下的仿真波形。比较波形图7和图8可得到的结论是,其他条件保持不变,输出电阻增大到一定值的时候,电路从连续模式转换为断续模式。4工作模式的验证本文在分析单端反激式DC/DC变换器的工作原理基础上,研