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不连续模式反激变换器的基本原理和电路设计
??2008-11-16??电源开发网 ??????????
?电源开发资源----可免费申请的专业杂志列表?高频开关电源设计中的电磁兼容性问题研究?SG3524与SG3525的功能特点及软起动功能的比…?特种单片开关电源模块的电路设计?UC3842应用于电压反馈电路中的探讨?电容基础知识?电阻知识?电感知识?好书推荐:《现代高频开关电源实用技术》?DC-DC模块TPS54310的SPICE模型的建立与应用
Abstract:The basic operation and electricity design of discontinuous-mode flyback converter is introduced. It is helpful to know well about the basic operation of discontinuous-mode flyback converter, to master the design method and the parameters relation. Magnetism design is not involved in this paper.
Keyword:flyback converter, discontinuous-mode, electricity design, parameters
1.介绍 反激变换器拓扑在5W到150W的小功率场合中得到广泛的应用。这个拓扑的重要优点是在变换器的输出端不需要滤波电感,从而节约了成本,减小了体积。在以往一些中文参考资料的叙述中,由于同时涉及电路和磁路的设计,容易造成设计过程中的混乱,反激变换器电路本身的一些特性却没有得到应有的体现。在文献【1】中,介绍了反激变换器的基本工作原理,对不连续模式反激变换器的设计过程,各参数之间的决定关系作了简练而准确的描述。由于电路设计和磁路设计分别介绍,对读者掌握反激变换器的设计有很好的帮助。磁路设计在本文中不涉及,可以参考相关文献。2.不连续模式反激变换器的基本原理 反激变换器在开关管导通期间,变压器储能,负载电流由输出滤波电容提供。在开关管关断期间,储存在变压器中的能量转换到负载,提供负载电流,同时给输出滤波电容充电,并补偿开关管导通期间损失的能量。 图1a是反激变换器的基本拓扑。图中有两个输出电路,一个主输出和一个从输出。负反馈闭合环路采样主输出电压Vom。Vom的采样值与参考值比较,输出的误差信号放大信号控制Q1的导通时间脉冲,使得Vom的采样值在电网和负载变化时等于参考电压,从而稳定输出电压。从输出跟随主输出得到相应的调节。 电路的工作过程如下:当Q1导通,所有线圈的同名端(带·)相对于非同名端(不带·)是负极性。输出整流二极管D1和D2反向偏置,输出负载电流由输出滤波电容C1和C2提供。 在Q1导通期间,Np上施加了一个固定的电压(Vdc-1)(这里假设开关管的导通压降是1V),并且流过以斜率dI/dt=(Vdc-1)Lp线性上升的电流,这里Lp是原边的磁化电感。在导通时间的最后,原边电流上升到Ip=(Vdc-1)Ton/Lp。这个电流代表电感上储存的能量为
(1)
这里E单位焦耳,Lp单位亨,Ip单位安培 当Q1关断,磁性电感上的电流强制使所有线圈上的极性反向。假设这时没有从次级绕组,只有主次级绕组,由于电感中的电流不能瞬时改变,在关断的瞬时,原边电流转换到次级,幅值为Is=Ip(Np/Nm)。 经过几个周期以后,次级DC电压Vom已经建立。随着Q1关断,Nm上的同名端为正极性,电流从同名端流出,并且线性地下降(图1c),斜率为dIs/dt=Vom/Ls,其中Ls是次级电感。如果次级电流在下一个导通时间之前下降到0,则储存在原边电感的能量全部释放到负载,称这个电路工作于不连续模式。输入功率表示为在Q1一个导通时间T释放的能量E,那么在这个周期的最后,从Vdc吸收的功率为
(2a)
另由于Ip=(Vdc-1)Ton/Lp,那么
(2b)
从(2b)式可以看出,只要保持VdcTon的积为常数,则反馈环保持输出电压为常数。
图1 不连续模式反激变换器。(当Q1导通,所有整流二极管反向偏置,输出电流由输出电容提供。Np相当于一个纯电感,负载电流在Np中线性地建立直到峰值Ip。当Q1关断,原边储存的能量
释放到副边,提供负载电流,并补充电容在Q1导通期间损失的能量。如果电流在下一个导通周期开始之前到达0,电路就是不连续的)
3.输出电压和输入电压,导通时间,负载的关系 若变换器的效率为80%,则
从(2b)式可以看出,最大导通时间
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