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单端反激式开关电源研究与设计

作者:时间:2012-08-29来源:网络收藏

1 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/176356.htm

反激式(Flyback)电路拓扑是最基本的功率变换电路结构之一。因结构简单、元器件数量少和方便等优点而广泛应用于电视机、DVD和充电器等小功率电器的电源中。反激变换器工作原理与Boost电路相似,可以看作隔离式Boost电路,在开关管导通时变压器原边电感储能,关断时能量经副边整流输出传递给负载。

2 Flyback拓扑介绍

2.1 连续导电模式

连续模式(CCM)下,在下一次开关导通时,变压器副边电流尚未降低到零,变压器总有一个绕组是有电流流过的,其原边电流Ip和副边电流Is如图1所示。由于二次电流维持时间长,在传递相同功率条件下,尖峰电流约为断续模式的一半。连续导电模式的缺点是控制环有一个右半平面零点,使闭环补偿困难。

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图1 连续模式变压器原副边电流波形

2.2 断续导电模式

断续模式(DCM)是变压器能量完全传递的工作模式,这样原副边有更大的尖峰电流,理想状况下电流波形如图2所示。开关管开通时,电流已经降到零,因此开关管实现零电流导通,减少了开通损耗。开关管导通时没有二极管反向恢复问题,而且由于没有右半平面零点,控制环路的更加容易,也不需要斜率补偿。与连续工作模式相比,DCM模式在低功率应用场合更加普遍。

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图2 断续模式变压器原副边电流波形

3 方法

反激电路拓扑与正激电路结构相似,但工作原理上却有很大区别。常用设计方法有能量守恒法和类似正激变换器的设计方法,具体见相关文献。虽然按照正激变换器的计算公式

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(1)

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(2)

(其中,Np为变压器原边匝数,Ns为二次侧匝数,UR为变压器一次侧反冲电压。)

也可以计算出电路参数进行设计,但这种方法是将反激电路等效为一个Boost电路和隔离变压器共同构成的系统,UR相当于Boost电路的输出电压。采用这种方法不利于理解反激变换器的本质。因此,我们提出一个实例,从电路工作原理入手,介绍基于变压器电感特性的设计方法。

要求:开关频率50kHz;输入功率100W;输入电压:85V~265V;

输出额定电压20V,输出电流5A。

电路图如图3所示,要求电路工作在断续工作模式。

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图3 反激式电路图

开关管Q1导通时间为一个周期的40%,即8μs,关断时间为12μs,留有2μs的裕量以保障死区时间。这样可以承受一些负载和应力扰动,但同时将增加峰值电流,40%占空比发生在最小输入电压100V和重载时。使用加有气隙的铁氧体磁芯,中心柱面积为100mm2。输入电压为100V时,初级平均输入电流为1A。开关管和变压器初级在40%导通时间里的平均电流为2.5A。则峰值输入电流是两倍的平均电流,即5A。由下式可计算电感的值:

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(4)

把di=5A,dt=8μs,V=100V代入,计算出为L为160μH。

最小初级匝数由需要提供的伏秒

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而不是电感确定,伏秒数与B/H回线上的参数

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相等。选择最大磁通密度为0.2特斯拉,相比0.35特斯拉的饱和磁密仍有很大裕量(高磁通密度将增加磁芯损耗,但相反因为需要更少匝数会减少铜损)。最佳选择是磁芯损耗与铜损相同。这是一个反复试验的过程,只有在最后的设计阶段才能完全确定。下面的公式可以计算出最小初级匝数:

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(5)

代入数值,计算出初级匝数为40。

同样的,次级线圈匝数由所需的次级电流决定。虽然它是次级电压的决定因素,但不像正激变换器一样是由变压器行为计算的。因为

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,所以匝比和电感的比值关系为

dc相关文章:dc是什么



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