单端反激变换器的建模及应用仿真.docx
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单端反激变换器的建模及应用仿真
单端反激变换器的建模及应用仿真
单端反激变换器的建模及应用仿真
摘要：
介绍一种单端反激式高压DC/DC变换器,叙述其工作原理，工作模式，波形的输出。
并对两种工作模式进行了分析。
通过对单端反激变换器的Matlab
/Simulink建模与仿真，研究电路的输出特性，以及一些参数的选择设置方法。
关键词：
单端反激变换器Matlab/Simulink建模与仿真
1.反激变换器概述
换电路由于具有拓扑简单，输入输出电气隔离，升/降压范围广，多路输出负载自动均衡等优点，而广泛用于多路输出机内电源中。
在反激变换器中，变压器起着电感和变压器的双重作用，由于变压器磁芯处于直流偏磁状态，为防磁饱和要加入气隙，漏感较大。
当功率管关断时，会产生很高的关断电压尖峰，导致开关管的电压应力大，有可能损坏功率管；导通时，电感电流变化率大。
因此在很多情况下，必须在功率管两端加吸收电路。
反击变换器的特点：
1、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。
反激变换器是输出与输入隔离的最简单的变换器。
输出滤波仅需要一个滤波电容，不需要体积、重量较大的电感，较低的成本。
尤其在高压输出时，避免高压电感和高压续流二极管。
功率晶体管零电流开通，开通损耗小。
而二极管零电流关断，可以不考虑反向恢复问题
2、输入电压在很大的范围内波动时，仍可有较稳定的输出，无需切换而达到稳定输出的要求。
3、转换效率高，损失小。
4.变压器匝数比值较小。
5.小功率多组输出特别有效；
6.变压器工作原理与其他类型的隔离变换器不同，隔离变压器还起到了存储能量的作用；
7.变压器铁芯必须加气隙，以防磁饱和；
2.反击变换器的工作原理
图2-1反激变换器的原理图
反激变换器工作原理是：
主开关管导通时，二次侧二极管关断，变压器储能；主开关管关断时，二次侧二极管导通，变压器储能向负载释放。
它和正激变换器不同，正激变换器的变压器励磁电感储能一般很小，各绕组瞬时功率的代数和为零，变压器只起隔离、变压作用。
而反激变换器的变压器比较特殊，它兼起储能电感的作用，称为储能变压器（或电感-变压器）。
为防止负载电流较大时磁心饱和，反激变换器的变压器磁心要加气隙，降低了磁心的导磁率，这种变压器的设计是比较复杂的。
在开关管关断时，反激变换器的变压器储能向负载释放，磁心自然复位，因此反激变换器无需另加磁复位措施。
磁心自然复位的条件是：
开关导通和关断时间期间，变压器一次绕组所承受电压的伏秒乘积相等。
反激电路存在两种工作模式：
电流连续和电流断续模式。
与非隔离DC/DC变换电路不同，反激电路电流连续与否指的是变压器副边绕组的电流。
当S
导通时，变压器副边绕组中电流未下降到0，则电路工作于电流连续模式；当S导通时，变压器副边绕组中电流下降到0，则电路工作于电流断续模式；值得注意的是电路工作于电流连续模式时，其变压器铁心利用率显著降低，因此实际使用中通常避免电路工作于电流连续模式。
2.1电流连续模式
反激电路工作于电流连续模式时，在一个开关周期经历S导通，关断2个开关状态，如图2-2所示。
对应于1个开关周期T的2个时段:
t0-t1和t1-t2，电路中主要的电压和电流波形如图2-3所示。
t0-t1时段：
如图2-2（a）所示，S导通，根据绕组间同名端关系，二极管VD反向偏置而截止，变压器原边绕组w1电流线性增加，变压器储能增加。
t1-t2时段：
如图2-2（b）所示，S关断，二极管VD导通，变压器原边绕组w1的电流被切断，变压器在t0-t1时段储存的能量通过变压器副边绕组w2和二极管向输出端释放。
（a）S导通
（注：
Ug开关管电压、Ut开关管两端电压、UL2变压器副边电压、IL1变压器原边电流IL2变压器副边电流）
当S关断后所承受的电压为：
Ub=U+K2U0
式中Kl2为变压器原边与副边绕组的匝数比。
当反击电路工作于电流连续模式时，输入输出电
压关系为：
k21d
际1DU
2.2电流断续工作模式
反激电路工作于断续模式时，在一个开关周期内经历S导通、关断和电感电流为0的3个开关状态，对应的3个时段分别为t0-t1、t1-t2,t2-t3，电路中主要的电压和电流波形如图2-4所示。
t0-t1时段：
S导通，二极管VD截止，变压器原边绕组w1电流线性增加，变压器储能增加。
t1-t2时段：
S关断，二极管VD导通，变压器原边绕组电流被切断，变压器在
t0-t1时段储存的能量通过变压器副边绕组w2和二极管向输出端释放。
直到t2时刻，变压器中的能量释放完毕，绕组w2中的电流下降为0,二极管截止。
t2-t3时段：
变压器原边绕组和副边绕组电流均为0,这时由电容C向负载供电。
Ud+tN/NJU,
t
I
I
图2-3反激电路电流断续模式下主要波形
反激电路电流断续工作时，输出的电压U将高于
电流连续时输出的电压U0,并且随着负载的减小而升高。
电流断续工作模式下，S关断后在t1-t2时
间段所承受的电压为US=U+K2U）,t2-t3时间段为U,这点与电流连续工作模式不同。
3.电路的仿真建模
下面用MATLAB^件对电路进行建模仿真仿真模型如图3-1所示：
Scoped
图3-1反激电路仿真建模图
Simulink仿真模型图中电压源为24V直流电
压；L为滤波电感，C为滤波电容。
Diodel为电力二极管，单向导通，阻止电流反向流动；电路的开关器件为IGBT,R为负载。
Scope1用于显示IGBT的电流电压。
Scope2用于显示变压器副边绕组电流、负载电压和负载电流。
PulseGenerator为PWM脉冲发生器，用于驱动IGBT,调节其占空比就可以控制输出电压的大小。
图中有几个比较重要的元件的参数需要设定
元件参数如下表3-1所示:
表3-1仿真建模中元件参数
DCVoltage
100V
C4
-4
2e10
F
变
f
10000HZ
压
V1
100V
器
V2
20V
PWM周期
0.00001sec
Diodel
R
0.05Q
H
-8
10
Vf
0.7
Rs
5
10
Cs
Inf
5D
图3-2当占空比D=50%Rm=50puLm=2pu,电阻R=1Q各信号波形
图3-3当占空比D=8%Rm=50puLm=2pu,电阻R=1Q各信号波形
从图3-2和3-3可以看出：
当其他条件不变时,减小占空比，电路由连续模式变为断续模式。
副边电就
图3-4当占空比D=50%Rm=50puLm=0.1pu,R=1Q各信号波形
从图3-2和3-4可以看出，当其他条件不变,
减小变压器Lm值时，电路由连续模式变为断续模式
图3-5当占空比D=50%Rm=50puLm=2pu,R=1e8Q各信号波形
从图3-2和3-5可以看出，其他条件不变增大输出电阻阻值，电路由连续模式变为断续模式，且输出电压U＞和输出电流I。
将越来越大、趋于无穷。
4•总结
从图中波形可以看出变压器的Lm的大小直接影响反激电路的连续方式和断续方式。
当负载一定，随着Lm的减小反激电路会从连续模式转为断续模式，但这时纹波较大。
当Lm—定时，随着R的增加，电路会从连续续模式转为断续模式。
并且R越小，电路稳定的越快，输出电压越小。
当R大到一定程度，电路进入断续工作模式，输出电压也变大。
极端情况下，由于T
导通时储存在变压器电感中的磁能无处消耗，故输出电压将越来越高，损坏电路元件，所以反激式变换器不能在空载下工作。
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