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1、单端反激变换器的建模及应用仿真第1页，共18页，编辑于2022年，星期五一、反激变换器的特点一、反激变换器的特点 1 1、反激变换器的适用范围、反激变换器的适用范围由于不需要由于不需要接输出接输出滤波电感，使得反激变换器的成本较滤波电感，使得反激变换器的成本较低、体积较小，所以这种拓扑在输出功率为低、体积较小，所以这种拓扑在输出功率为5 5150W150W的电源的电源中广泛应用。适用于高电压、低功率场合。主要应用于小中广泛应用。适用于高电压、低功率场合。主要应用于小型仪器、仪表，家用电器等电源，自动化设备中的控制电型仪器、仪表，家用电器等电源，自动化设备中的控制电源。源。除了功率以外，一般在选
2、择用反激拓扑时还应考虑除了功率以外，一般在选择用反激拓扑时还应考虑以下限制：若输出电流很大，且输出电压纹波要求较高以下限制：若输出电流很大，且输出电压纹波要求较高时不适宜用反激拓扑，因为输出滤波电容将会很难选择；时不适宜用反激拓扑，因为输出滤波电容将会很难选择；若输出多于三组或四组时，最好不要用反激拓扑，因为若输出多于三组或四组时，最好不要用反激拓扑，因为次级能量输出时是按漏感的大小来进行分配的，如果绕次级能量输出时是按漏感的大小来进行分配的，如果绕组间漏感不匹配，就会影响到输出调整率，没有直接取组间漏感不匹配，就会影响到输出调整率，没有直接取反馈的那路的电压容易随负载变化而剧烈变化。反馈的那
3、路的电压容易随负载变化而剧烈变化。第2页，共18页，编辑于2022年，星期五 2、反激拓扑的优缺点、反激拓扑的优缺点反激拓扑电路比较简单，反激变压器既充当变压器，反激拓扑电路比较简单，反激变压器既充当变压器，又充当电感，因此不用像正激拓扑那样需要一个大的储又充当电感，因此不用像正激拓扑那样需要一个大的储能滤波电感，以及一个续流二极管。所以反激拓扑的体能滤波电感，以及一个续流二极管。所以反激拓扑的体积要比正激拓扑的体积小，且成本也要低。不需要加磁积要比正激拓扑的体积小，且成本也要低。不需要加磁复位绕组。反激拓扑要求调控占空比的误差信号幅度要复位绕组。反激拓扑要求调控占空比的误差信号幅度要比较低。
4、比较低。反激的缺点也很明显。电压和电流的输出特性要比正激拓扑反激的缺点也很明显。电压和电流的输出特性要比正激拓扑的差的差(输出电流纹波较大输出电流纹波较大)。由于反激拓扑变压器的铁芯一般需要。由于反激拓扑变压器的铁芯一般需要留一定的气隙，反激拓扑变压器初级和次级线圈的漏感都比较大，留一定的气隙，反激拓扑变压器初级和次级线圈的漏感都比较大，开关电源变压器的工作效率低，只适合小功率开关电源开关电源变压器的工作效率低，只适合小功率开关电源(5-150W)(5-150W)。第3页，共18页，编辑于2022年，星期五二、反激变换器的基本工作原理 1.1.基本工作原理基本工作原理 （1 1）当开关管导通时
5、，变压器原边电感电流开始上）当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管VDVD截止，截止，变压器储存能量，负载由输出电容变压器储存能量，负载由输出电容C C提供能量，拓扑电路提供能量，拓扑电路如下图。如下图。图图2-12-1开关管导通时原理图开关管导通时原理图 为防止负载电流较大时磁心饱和，反激变换器的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。比较复杂的。第4页，共18页，编辑于2022年，
6、星期五 （2 2）当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时）当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，输出二极管导通，变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量，原理图如下图。同时对电容充电，补充刚刚损失的能量，原理图如下图。图图2-22-2开关管截止时原理图开关管截止时原理图 在开关管关断时，反激变换器的变压器储能向负载释放，磁在开关管关断时，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
7、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。电压的伏秒乘积相等。第5页，共18页，编辑于2022年，星期五2 2、DCM(discontinuous current mode)&CCM(continuous DCM(discontinuous current mode)&CCM(continuous current mode)current mode)根据次级电流是否有降到零，反激可以分为根据次级电流是否有降到零，反激可以分为DCMDCM和和CCMCCM两种工作模式。两种模式有其各自的特点。下面两种两种工作模
8、式。两种模式有其各自的特点。下面两种工作模式时的波形。工作模式时的波形。图图2-32-3反激变换器工作在反激变换器工作在CCMCCM下的各个波形下的各个波形第6页，共18页，编辑于2022年，星期五 图图2-32-3反激变换器工作在反激变换器工作在DCMDCM下的各个波形下的各个波形 反激电路中变压器磁芯的磁通密度取决于绕组中电反激电路中变压器磁芯的磁通密度取决于绕组中电流的大小。在最大磁通密度相同的条件下，流的大小。在最大磁通密度相同的条件下，CCMCCM下的磁通下的磁通密度的变化范围要比密度的变化范围要比DCMDCM小，由小，由ViViN*B*Ae/DTN*B*Ae/DT可知，可知，CCM
9、CCM相对而言需要较多的匝数或是较大的磁芯。磁芯的利相对而言需要较多的匝数或是较大的磁芯。磁芯的利用率较低。用率较低。第7页，共18页，编辑于2022年，星期五三、反激电路的建模与仿真第8页，共18页，编辑于2022年，星期五 Simulink Simulink 仿真模型中电压源仿真模型中电压源为为100V100V直流电压直流电压.Pulse Generator.Pulse Generator为为PWMPWM脉冲发生器，用于驱动脉冲发生器，用于驱动IGBTIGBT，调节其占空比就可以控制输出电，调节其占空比就可以控制输出电压的大小。压的大小。DiodeDiode为电力二极管，为电力二极管，单向
10、导通，阻止电流反向流动；电单向导通，阻止电流反向流动；电路的开关器件为路的开关器件为 IGBT IGBT，R R为输出电为输出电阻。阻。ScopeScope用于显示用于显示PWMPWM脉冲信号、脉冲信号、IGBTIGBT开关电流开关电流IsIs和开关电压和开关电压UsUs、副、副边电流边电流Iw2Iw2、负载电流、负载电流I0I0、负载电、负载电压压U0U0。DC Voltage100VPWM周期00001sec变压器频率10000HZ原边电压100V副边电压20VR5C2e-4F 参数设置第9页，共18页，编辑于2022年，星期五图图3-33-3当占空比当占空比D=50D=50，Rm=50p
11、uRm=50pu、Lm=2pu,Lm=2pu,电阻电阻R=5,IGBTR=5,IGBT内内 部电感部电感=1e-8H=1e-8H各信号波形各信号波形第10页，共18页，编辑于2022年，星期五 图图3-43-4当占空比当占空比D=5D=5，Rm=50puRm=50pu、Lm=2pu,Lm=2pu,电阻电阻R=5,IGBTR=5,IGBT内内 部电感部电感=1e-8H=1e-8H各信号波形各信号波形 从图从图3-33-3和和3-43-4可以看出：当其他条件不变时，减小占空比，电路由连可以看出：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。续模式变为断续模式。第11页，共18页，编辑于
12、2022年，星期五 图图3-53-5当占空比当占空比D=50D=50，Rm=50puRm=50pu、Lm=2pu,R=5,IGBTLm=2pu,R=5,IGBT内内 部电感部电感=1e-8H=1e-8H各信号波形各信号波形第12页，共18页，编辑于2022年，星期五 图图3-63-6当占空比当占空比D=50D=50，Rm=50puRm=50pu、Lm=1pu,R=5,IGBTLm=1pu,R=5,IGBT内内 部电感部电感=1e-8H=1e-8H各信号波形各信号波形 从图从图3-53-5和和3-63-6可以看出，当其他条件不变，减小变压器可以看出，当其他条件不变，减小变压器LmLm值时，电路由
13、连续模式变为断续模式。值时，电路由连续模式变为断续模式。第13页，共18页，编辑于2022年，星期五 图图3-73-7当占空比当占空比D=50D=50，Rm=50puRm=50pu、Lm=2pu,R=5,IGBTLm=2pu,R=5,IGBT内内 部电感部电感=1e-8H=1e-8H各信号波形各信号波形第14页，共18页，编辑于2022年，星期五 图图3-83-8当占空比当占空比D=50D=50，Rm=50puRm=50pu、Lm=2pu,R=1e8,IGBTLm=2pu,R=1e8,IGBT内内 部电感部电感=1e-8H=1e-8H各信号波形各信号波形 从图从图3-73-7和和3-83-8可
14、以看出，其他条件不变增大输出电阻阻值，电路可以看出，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，且输出电压由连续模式变为断续模式，且输出电压UoUo和输出电流和输出电流IoIo将越来越大、将越来越大、趋于无穷。趋于无穷。第15页，共18页，编辑于2022年，星期五 图图3-9 3-9 当占空比当占空比D=50D=50，Rm=50puRm=50pu、Lm=2pu,R=1e8,IGBTLm=2pu,R=1e8,IGBT内内 部电感部电感=1e-8H=1e-8H时各信号波形时各信号波形第16页，共18页，编辑于2022年，星期五 图图3-103-10当占空比当占空比D=50D=50，R
15、m=50puRm=50pu、Lm=2pu,R=1e8,IGBTLm=2pu,R=1e8,IGBT内内 部电感部电感=0.1H=0.1H时各信号波形时各信号波形 从图从图3-93-9和和3-103-10可以看出，其他条件不变增大可以看出，其他条件不变增大IGBTIGBT内部电感内部电感值，电路由连续模式变为断续模式。值，电路由连续模式变为断续模式。第17页，共18页，编辑于2022年，星期五四结论四结论 （1 1）在其他条件不变的情况下，占空比）在其他条件不变的情况下，占空比D D、变压器、变压器LmLm值、值、输出电阻输出电阻R R、IGBTIGBT内部电感的变化可以决定电路是工作在电内部电感的变化可以决定电路是工作在电流连续状态还是断续状态。流连续状态还是断续状态。（2 2）电流断续模式下，在输出电阻比较大的极端情况下，）电流断续模式下，在输出电阻比较大的极端情况下，由于由于T 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。作。第18页，共18页，编辑于2022年，星期五