PDF《一种变模态恒定磁芯复位电压双管正激 变换器》

1 (c)状态

3 (b)状态

2 UB Ci Sa Crst D3 D2 D1 Rdis UP S1 S2 T1 N1:N2 D5 D6 Co Uo Lf UB Ci Sa Crst D3 D2 D1 Rdis UP S1 S2 T1 N1:N2 D5 D6 Co Uo Lf UB Ci Sa Crst D3 D2 D1 Rdis UP S1 S2 T1 N1:N2 D5 D6 Co Uo Lf UB Ci Sa Crst D3 D2 D1 Rdis UP S1 S2 T1 N1:N2 D5 D6 Co Uo Lf 使用较小的输入储能电容的情况下延长输出的保 持时间.

1 原理与设计 1.1 基本结构 所提的变模态恒定磁复位电压双管正激变换 器结构如图

1 所示. 以三极管开关 Sa 为控制核心 构成框中模态切换电路. 图1变模态恒定磁复位电压双管正激变换器 Fig.1 Flexible mode double鄄switch forward converter with constant magnetic鄄reset voltage UB Ci Sa Crst D3 D2 D1 Rdis UP S1 S2 T1 N1:N2 D5 D6 Co Uo Lf 图3变换器工作波形 Fig.3 Operation waveforms of the converter ug im up

0 T T DT DrstT DT DrstT t1 t2 t3 tn tn+1 tn+3 tn+2 t1 t2 t3 tn tn+1 tn+3 tn+2 t1 t2 t3 tn tn+1 tn+3 tn+2 … … … 占空比 DUBth 时, 开关 Sa 基极置高电 位,变换器工作在传统双管正激工作模态.

20 第1期李学峰,等:一种变模态恒定磁芯复位电压双管正激变换器 阶段 1[t0~t1]: 电路工作在模式 1. 开关 S1 和S2 导通,D1 和D2 承受反向电压关断,D3 正偏导通,Crst 充电.忽略 D3 导通压降的话,Crst 上电压 UCrst=UB.变 压器通过 D5 向直流输出侧传输能量. 励磁电感中 的电流线性上升,上升斜率为 UB/Lm(Lm 为变压器励 磁电感). 这一阶段励磁电流终值为 Im = UBDT Lm (1) 阶段 2[t1~t2]: 电路工作在模式 2. 开关 S1 和S2 关断,励磁电感上电压反向,开关 Sa 开通. 磁芯中 的励磁电流不能发生突变,通过 Sa、D1 和D2 继续流 动. 磁路中存储的能量返回给输入电容,则励磁电 流初值为 Im = UrstDrstT Lm (2) 式中:Drst 为复位占空比;

Urst 为复位电压. 励磁电流的下降斜率为 Urst/Lm, 为了有充足时 间保证铁芯复位,则有 DrstT≤(1-D)T (3) 联立式(1)~式(3),可解得 D≤ Urst UB+Urst (4) 为方便分析,忽略 Sa 上压降,由等效电路可得 Urst=UB,式(4)可以简化为 D≤50% (5) 可知,当变换器工作在传统双管正激模态时开 关占空比不能超过 50%,从而限制住了直流输入电 容上存储能量的释放空间. 阶段 3[t2~t3]:电路工作在模式 3.励磁电流降为 0,励磁电感中不再有任何存储的能量,变压器磁复 位完成. 直流输出侧通过 Lf 和D6 续流. 以上构成一个开关周期,如果变换器工作模态 不变化的话,上述状态按顺序循环反复. 1.2.2 输出保持工作模态 图3中假设在 tn 前某一时刻切断输入,则输入 储能电容上直流电压开始下降, 在tn 时刻有UB= UBth. 开关 Sa 基极置低电位,Sa 处于断开状态,此时 UCrst=UBth. 变换器开始工作在输出保持模态. 阶段 4[tn~tn+1]:电路工作在模式 1. 由于 UB 经过 一段时间的下降,电压已经低于 UCrst,D3 管不导通, UCrst 从tn 时刻开始不再受电压 UB 影响,保持为 UBth 不变. 其他开关管状态同阶段 1[t0~t1],不再重复描 述. 此时励磁线圈两端电压为UB,励磁电流仍然满 足式(1). 阶段 5[tn+1~tn+2]:电路工作在模式 4.变压器励磁 电感进入磁复位阶段.此时由于 D3 和Sa 关断,励磁 线圈两端复位电压 Urst=UCrst. 励磁电流下降斜率为 UCrst/Lm,且满足式(2),故式(4)依然成立,即占空比 D 的最大值为 Urst/(UB+Urst). 又由于 Urst>

UB, 故可得 占空比的最大值为 Dmax≥50% (6) 从而突破了传统双管正激变换器的限制. 使得变换 器在输出保持模态下利用反馈环调节能更多地把 输入侧储能电容中的能量传输到输出端,以提高输 出保持时间. 每个复位周期 Crst 的阴极都会出现负电压,为 了防止 UCrst 过高超出电容额定电压,电路中设置电 阻Rdis 放电复位,使其保持在一个定值. 所以在输 出保持模态下,磁复位电压看作是恒定不变的. 阶段 6[tn+2~tn+3]:工作状态同阶段