DCDC单端反激式变换电路设计实验Word格式.docx
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变压器内存储的能量向输出侧释放出来，给负载供
电，因此该电路称为单端反激变换电路。
2.自激式单端反激变换器原理及其设计
图48-2是一种常见的自激式单端反激变换电路，简称RCC电路（RingingChoke
Converter），广泛应用于50W以下的开关电源，它不需要专门的振荡电路，结构简单，
由输入电压与输入、输岀电流改变频率。
（1）自激原理
RCC电路的电压和电流波形如图48-3所示。
输入电压V1是输入交流电压经整流的直流电压。
当V1加到输入端时，V1通过电阻RB和晶体管VT1的基—射级给VT1的基极一个正
的偏置电压，使VT1导通，变压器T1的初级绕组流过励磁电流，而此时感应到次级的电
即为斜率为Vi/L的直线，如图48-3（a）所示。
由于ton期间能量全部积聚在变压器中，所以初级绕组电流持续增加，并激励磁通增
加。
增加到一定程度时，变压器磁路达到饱和，磁通的变化率d/dt0，因而感应到
基极绕组Np'
的电压为零，基极回路电容Cb上的电压（此时极性为左负右正）通过Np'
绕
组一VT1的基极一基极电阻一电容Cb构成的回路放电，放电电流与使VT1导通的基极电流相反，因此Cb放电是抽取了VT1的基极电流，使VT1的集电极电流减小，即变压器初级电流Ii减小。
Ii减小又使电流的变化率dii/dt0，磁通变化率相应变负，因而感应到
基极绕组上的电压由零变负，形成的电流与Cb放电方向相同，加速了抽取VTi基极电流
的过程，使VTi加速关断。
VTi关断后，变压器初级绕组电压反向，次级绕组电压向电容C2充电负载给负载提供能量。
当变压器中积聚的能量放完后，电路回复到初始状态，即电源Vi又通过Rb给VTi的基极正偏置电压，使其导通，自动进入下一个周期。
如此
循环往复，形成自激式振荡，将电源能量传递给次级。
VTi基极绕组及电阻电容构成的回路，在VTi导通时起着加速其导通的作用，在其
截止时起加速关断的作用，这是一种正反馈的作用，故成为正反馈回路。
正反馈和变压器的饱和特性，是电路能产生自激振荡的基础。
电路在VTi导通ton期间，变压器Ti从输入侧积蓄能量，在下一次截止toff期间，变
压器Ti积蓄的能量释放供给输岀负载。
toff结束时，变压器电压W波形自由振荡返回到
0,见图48-3（c）。
电压Vti通过基极绕组Np'
加到开关管VTi的基极，因此VTi触发导通，进入开始下一个工作周期。
ton时的等效电路如图48-4（a）所示。
晶体管VTi导通，因此变压器Ti的初级线圈Li
两端加上输入电压Vi。
另一方面，在变压器次级C2放电，供给输岀电流I0。
此期间，
输岀二极管VDi中无电流，因此，变压器初次级不产生相互作用。
Li中蓄积的能量为
LiIi2
图48-3电压和电流波形
图48-4RCC的等效电路
⑻ton时（b）toff时
图48-5次级侧电压与电流之间关系
toff时等效电路如图48-4（b）所示，因初级侧无电流，所以图中未画初级。
ton时L1中
蓄积的能量通过变压器T1的次级侧线圈L2释放给次级侧。
从ton转换到toff瞬间，初次级
侧线圈的安匝相等原理仍成立，因此，若变压器次级侧能量全部传递给次级侧，贝9
Ni|1pN2I2p,匝比N为NN2Ni。
电感L2与Li之比是与绕组匝数平方成正比例，即
2
2N2L
（48-1）
N
（48-2）
（48-3）
变压器输岀功率为P2，则
P2V0I0
1
F22L2I2pf
（48-4）
V2VoVfVi
集学科优势
167-
求改革创新
10
w
VVDt
Li,=
f02
（tMh
式中，为变压器的效率。
若变压器的次级侧能量不全部传递给次级侧，则其一部
分能量变为变压器的热耗。
根据（48-1）〜（48-4）式，有
（48-5）
2P2T|ip
Viton
（48-6）
V2Tt）n
N-
这些等式可改写为
（48-8）
2P2N1
Iip——
V2V
（48-9）
ton|ipLiVi
LiIi2p
多路输岀时，如图
48-6所示，P2为
2P2
（48-i0）
（48-11）
P2V2I0iV3I02
占空比D
tON/，它是
RCC设计时决定电
路特性的重要参数。
开关晶体管
VTi的集电极电
流Ic等于I1，因此,
（48-12）
由图48-7所示波形可知,
toff时VTi的集电
极与发射极间所加电压Vce为
图48-6多路输岀电路
I~I*-
图48-7开关晶体管的发射极与集电极间
电压Vce
图48-8示岀了改变D时，Ic与Vce相对值的变化关系。
D较大时，Ic较小，但Vce
较高，因此，务必选用高耐压晶体管。
D较小时，Vce也较低，但是Ic增大。
另外，D
与变压器设计以及输岀二极管和输岀电容选用也有关系。
输入电压最低时D选为0.3~
0.5进行参数设计是适宜的。
（2）利用负反馈控制实现PWM控制
当输入电源电压变化，或负载变化时，若占空比按照上述原则选择固定值，则输出
电压会随输入电压幅值的增大而升高，或随负载的减轻而升高。
因此需要采用PWM控
制方式自动调节占空比，以维持输岀电压在各种扰动作用下恒定。
单端反激电路在自激的基础上，再增加一个负反馈电路即可实现PWM调压控制。
调压原理为：
检测输出电压，当输入电源电压升高，或负载减轻，导致输出电压升高时，通过负反馈电路抽取VT1基极电流，使正在导通的VT1的总基极电流减小，通过正反
馈电路（基极绕组及电阻电容等）迫使VT1提前关断，传递到变压器次级的电压V2的
脉冲宽度变窄，整流滤波后的输出电压降低到所需要的幅值。
负反馈电路连接着输岀电压和输入侧的晶体管VT1，由于单端反激电路用于需要隔
离的场合，因此负反馈电路需要采用隔离器件。
可以采用变压器隔离的方式，或者光耦器件隔离。
采用变压器隔离的电路及其原理介绍见实验44，以及本实验附录四（实验板B07-
单端反激变换器电路原理图）。
实验板B07的电路是典型的RCC电路，具有高输入电
压和多路相互隔离的低压输岀，输岀有1组±
12V和2路+20V，通常用作功率变换器
的辅助电源（控制电源和驱动电源）。
采用光耦器件隔离的方式及电路，参见本实验附录的设计举例。
通过本实验进一步了解单端反激变换器这种应用很广的电路的原理，掌握其设计方法,以及各种单端反激电路的特点和应用场合
三、实验内容
按照实验原理，采用实验室提供的单端反激实验模块（实验电路板B07）完成具有
彼此隔离的、高电压输入多路低电压输岀的单端反激变换器的相关实验：
1.输入电源电压为最低输入电压时，电路的自激起振情况；
2.输入电源电压为额定值、负载为额定负载时，各路输出电压的稳压情况；
3.输入电源电压在最低电压和最高电压之间变化时，各路输岀电压的稳压情况。
4.参照实验44,自行设计负反馈电路，完成上述实验。
归纳总结实验结果和得岀的
主要结论。
或参照附录，自行设计并搭建单端反激式电路，完成上述实验。
四、实验设备
1.电力电子实验装置：
相关实验模块（实验挂箱）；
实验控制电路板；
功率供电电源、
控制电源；
实验箱面包板，等
2.示波器
五、实验步骤
实验电路输入电压范围为80V〜120V，即额定电压为100V，最低电压为80V。
自激式
单端反激电路一般不能在输入电压为零或很低时接通电路，以免影响自激起振。
通常根
据电路工作电压范围确定最低输入电压，将电源电压调节到最低允许输入电压时，再突然接通电路，使电路正常起振工作。
根据以上注意事项，以及实验内容，自行拟定实验步骤。
六、实验报告
1.画岀单端反激实验电路，采用自行设计的实验电路时，画岀自行设计部分的电路以
及标明电路参数；
简要说明电路工作原理。
2.记录你自己觉得是单端反激电路的主要电路波形（电压或电流波形，例如VT1的Vce；
变压器的Vt1和V2;
输岀电压Vo'
三端稳压块前端电压）），将计算机导岀的实验波形附于实验报告上，并根据工作原理说明它们的形状与电路工作过程及电路元件参数之间的
图形联系。
3.改变输入电压的幅值，测量并记录以上波形以及幅值，观察稳压情况。
分析总结实验
中岀现现象和问题以及主要原因，并加以讨论；
提岀解决方案或思路。
七、实验思考题
1.本实验室提供的实验模块（实验电路板B07）采用了变压器隔离的方式获得反馈电压，
实现负反馈PWM控制。
这样的反馈实际上不是直接反馈的输岀电压，它与本实验附录中采用光耦隔离方式实现的反馈有什么不同（关键在哪里）？
2.开关电源和线性电源的区别是什么？
各用在什么场合？
3.本实验电路若采用光耦隔离方式，主要优点是什么？
采用光耦应注意哪些问题？
附录
附录一参考文献
[1]何希才.新型开关电源及其应用.北京：
人民邮电岀版社，1996年第1版
[2]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计.北京：
电子工业岀版社，1998年第1版
附录二自激式单端反激电路设计举例
（注：
本设计例涉及面较宽，作为理解单端反激变换器原理及设计原则的讲解，可作为课程设计（Project）的参考；
本实验不要求做此全面设计）
技术指标
输入电压
单相交流
100V
输入电压变动范围
交流85V
〜132V
输入频率
50/60HZ
输出为2路
1路输出：
电压V01
5V
电流
1013A
2路输出：
电压V02
12V
1020.4A
总的输出功率
19.8W
①占空比D与工作频率
f的选定
本例选定Dton/T
0.5。
最低工作频率
fmin
为25kHz。
工作频率较低时，噪声较
大；
频率较高时，开关损耗增大，但可使变压器、电容等小型化。
2输入直流电压V1的计算
V1的计算方法可以参照正向激励变换器。
交流输入电压E1为85V〜132V,则
V1=100
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