正激变换器.docx
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正激变换器
伺京邮电大学
正激变换器
主讲人：
杨艳
正激变换器的工作原理
几种复位方式及其比较
生激变换器的工作原理亠.
单端正激变换器的主电路
开关管Q按PWM方式工作，D|是输岀整流二极管，是续流二极管，Lf是输出滤波电感，Cf是输岀滤波电容。
变压器有三个绕组，W］原边绕组，W2副边绕组，复位绕组。
亠醴^奂器的不同开吨亠
开关管Q导通，电源电压Vin加在原边绕组上，变压器铁芯磁通（卩增加，则变压器铁芯磁通增量：
得变压器原边磁化电流:
式中是原边绕组的励磁电感。
副边绕组W2上的电压为：
此时整流二极管D］导通，续流二极管1>2截止，流过滤波电感片的电
显然这和BUCK变换器中开关管Q导通时一样。
变压器原边绕组电流：
Q关断，变压器原边绕组和副边绕组中都没有电流流过，此时变压器通过复位绕组进行磁复位，励磁电流匕从复位绕组Ws经过二极管D*回馈到输入电源中去。
此时整流管D1关断,流过电感1十电流通过续流二极管6续流，复位绕组电压：
变压器原边绕组和副边绕组的电压分别为:
此时整流管关断，流过电感Lf电流通过续流二极管续流，显然和BUCK变换器类似。
在此开关状态中，加在Q上的电压为：
电源V,反向加在复位绕组W,上,故铁芯被去磁，铁芯的磁通《P减小：
铁芯磁通（P的减小量:
式中Tr-ton是去磁时间。
7
乎激变换器的不同开关状态亠C
励磁电流&从原边绕组中转移到复位绕组中，并开始线性减
小:
（>
在Tr时刻,
变压器完成磁复位。
Q关断状态中，所有绕组均没有电流，它们的电压为零。
滤波电感电流经续流尹管续流。
在此时Q上的电压为:
由于在正激变换器中矗巫须复位，得：
整理得:
正激变换器的不同开关状态
如果w1>w3,则去磁时间小于开通时间即开关管的工作占空比
如果W|VWs，则去磁时即开关管的工作占空比［
W|>险讐电压大于2倍输入电压；Wj为了充分提高占空比和减小Q两端电压，必般选W1=W3,这时
输入电压。
由于单端正激变换器（Forword）变换器实际上是一个隔离的BUCK变换器，因此其输入和输出关系为：
「X一'
--=11.5
刪貞厳电人学11
磁复位技术
•单端变换器的磁复位技术
•:
•使用单端隔离变压器之后，变压器磁芯如何在每个脉动工作磁通之后都能恢复到磁通起始值，这是产生的新问题，称为去磁复位问題。
因为线圈通过的是单向脉动激磁电流,如果没有毎个周期都作用的去磁环节，剩磁通的累加可能导致出魂宛杀这时开关导通时电洗很大；断开时，过电压很高，导致开关器件的损坏。
•:
•乘余磁通实质是磁芯中仍残存有能量，如何使此能量转移到别处，就是磁芯复位的任务。
具体的磁芯复位线路可以分成两种：
•:
•一种是把铁芯残存能量自然的转移，在为了复位所加的电子元件上消耗掉，或者把残存能量反馈到输入端或输出端;另一种是通过外加能量的方法强迫铁芯的磁状态复位.具体使用那种方法，可视功率的大小、所使用的磁芯磁滞特性而定。
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磁复位技术
典型的两种磁芯磁滞特性曲线
磁复位技术
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度路铁晶。
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电压用芯应有高杂磁极残能量生為适H列和铁感法较复法二中功能寄把只度曲芯金磁耗处为耗和芯种存{般路强怡磁合余损度<损管磁两残感一电场图粉铁剩移强跆的压，有心电此种徹。
铁镖于转应线单稳联具磁漏因这在定、向对。
感法简，并它除的，。
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几种磁复位方式
复位法
•:
•第三线
•:
・RCD复位
•:
•有源钳位
•:
•双管正激
第三线圈复位法特点
心优点：
•:
•技采成熟可靠，磁化能量可无损地回馈到直流电网中去。
•缺点：
•附加的磁复位绕组使变压器的结构和设计复杂化；
•:
•开关管关断时，变压器漏感引起的关断电压尖峰需要RC缓冲电路来抑制，尤其是变压器满载时；
•:
•开关管承受的电压与输入直流电压成正比，当变压器工作在宽输入电压范围时，必须采用高压功率MOSFET,而高压功率MOSFET的导通电阻较大，从而导致导通损耗较大；Uin=Uinmax时，占空比d=dmin很小，不易于大功率输出。
RCD复位
n
Cs：
晶体管输出电容、钳位二极管结电容.折算到原边的整流二极管结电容和变压器绕组电容之和
t=to〜tl期间，开关管為导通变压器上的磁化
电流增加；匸口时VM
.关断，随后以负载折
Qr壬？
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1^*0/11
面积B
t=t2时开始磁复一y—1谐振使得磁化电感能量有一部分转移到G中去，剩余的磁化电感能量和变压器漏感能量消耗在钳位电阻R中；
RCD复位
在口3〜t4期间.Vdc导通.5s的值保持为Uin+Uc.磁化电流以一Uc/Lm的斜率线性下降到零；
在t=t4〜t5期间，Cs中储存的能量传递到磁化电感Lm中去。
可推导出钳位电压为:
rr_1「JU。
）？
尺2、
①Uc与Uin无关；②增大Lm可降低Uc；③增加Cs,可降低Uc；这可通过在VM漏源两端外并电容来实现.但这却增加了功率开关的容性开通损耗；④减小源副边总漏感可降低Uc,这是降低钳位电压的关键因素。
RCD复位法特点
•:
•优点：
磁复位电路简单；
■功率开关电压较低；
・占空比d可大于0.5,适用于宽输入电压场合。
•:
•缺点：
■大部分磁化能量消耗在钳位电阻中。
因此，它广泛应用于价廉、效率要求不太高的功率变换场合。
有源钳位
有源钳位优缺点
•:
•优点：
•:
•变压器磁化能最和漏惑能量可重复利用；
•:
•可利用低压功率MOSFET和二极管；
❖ZVT-PVVM工作方式；
•:
•占空比d可大于0.5；
•:
•变压器铁心工作在一、三象限双向对称磁化，铁心利用率高，铜损小
•:
♦缺点：
•:
•多用一个钳位开关，增加了驱动电路难度和变换器成本。
双管正激
双管正激
（1）10G功率糕出阶段：
!
当1=1。
时.开关骨Qi导通,变圧器承受电源电压J并向负载输出能鼠。
这一阶段将于Ql关闭的时刻结束。
（2）nD3和Di都导通，流过1）3的电流比例下降，流过d的电流比例上升。
当2灯时，由6代替D,给兔载供电。
在这个过程中幵关管Q「和Q,共同分担电源电压
（3）1?
变压器承受电压反向，二极管Di和6被迫导通，电圧獭位，变压器豬存的能量通过D（、D2反谀绐毘网。
（4）b<|磁通恢复阶段°在这个阶段变压器磁通恢复到正常水平.为下~次导通做母备«
（5）h向貞嗽电人学2S
♦:
•优点：
加于每个MOSFFT的最大电压仅为Vdd。
减少了干扰尖峰，有利于减小了应力和噪声可以有效地避免误触发引起的短路故障。
•:
•缺点：
■需要更多的开关器件，增加了成本。
电路中过多的器件可能降低效率，但可以通过使用低额定电压的MOSFET降低电阻R“s（on）来提高效率。
■占空比小于50%,受开关频率的限制。
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