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推挽正激DC-DC变换器的分析与实现 林贝 陈道炼福州大学电力电子与电力传动研究所2008年10月12日 1. 引言 * 1. 引言 2. 稳态分析 3. 关键电路参数设计 4. 设计与实现 5. 结论 推挽正激DC-DC变换器，由于在传统的推挽Buck型 变换器中引入了箝位电容，有效地解决了传统的推挽Buck 型变换器的固有缺陷，因而具有显著的优点 本文主要分析研究了推挽正激DC-DC变换器的稳态原 理特性、工作模态和关键电路参数设计准则，并给出了原 理样机试验结果。 推挽Buck型变换器具有电路拓扑简洁、变压器磁芯非 双向对称磁化（易偏磁）、功率开关关断时漏感能量引起 高的电压尖峰等特点，主要应用于低压输入、大功率直流 变换场合，由于固有缺陷因而限制了它的广泛应用。 图1 推挽正激DC-DC变换器电路拓扑 变换器在一个开关周期内的原理波形与工作模态等效电路，如图2所示。在一个开关周期内，推挽正激DC-DC变换器可分为8个工作模态，后四个工作模态与前四个相似，故只需分析前4个工作模态。 2.1 稳态工作原理 2. 推挽正激DC-DC变换器稳态分析 图2 一个开关周期内的原理波形与工作模态等效电路 t＝t0~t1：t0时刻，S1导通，输入电压Ui、箝位电容Cc电压UCc分别加到原边绕组N1、N2上，iN1 、iN2迅速增加。流过整流二极管D1、D2的电流增大，流过D3、D4的电流减小， t1时刻，流过D1、D2的电流增大到负载电流，流过D3、D4的电流减小到零。S2上的电压为Uds2=Ui＋UCc≈2Ui, 如图2(a)所示。 t＝t1~t2：t1时刻，D1、D2导通，D3、D4截止。Ui和UCc加在N1和N2上，电流iN1、iN2继续升高，输入电源向负载提供能量。该模态下，相当于两个正激电路并联工作，变换器的输入电流依然等于绕组N1的电流iN1。到t2时刻，S1关断。开关管S2上的电压仍然为Uds2=Ui＋UCc≈2Ui ,如图2 (b)所示。 t＝t2~t3：t2时刻，S1关断，S2的反并二极管导通, Ui+－N1－S2体内二极管－Ui-构成回路，Cc－S2体内二极管－N2构成回路，iN1、iN2迅速下降。D3、D4导通，D1、D2 承受反压处于在反向恢复状态，整流二极管仍工作在续流状态。当iN1＝iN2时，由S2的反并二极管构成的环流为零，反并二极管变为截止。S1上的电压为Uds1＝Ui＋UCc≈2Ui，如图2(c)所示。 t=t3~t4: t3时刻，S1、S2关断，原副边绕组电压均为零， Ui向箝位电容充电，输入电流等于环流电流,负载电流由副边整流二极管续流,开关管的漏源电压均为Ui,如图2(d)所示。 2.2 稳态外特性 变换器理想情形CCM模式、临界CCM模式、DCM模式时的稳态外特性分别为 Uo＝2DUiN3/N1 (1) IG=4IGmax2D(1-2D) (2) (3) 推挽正激DC-DC变换器的标么外特性，如图3所示。 图3 推挽正激DC-DC变换器标么外特性 3. 关键电路参数设计 3.1 箝位电容的大小 箝位电容的电容容值为 (4) 为了减小开关管的电压应力，一般取ΔUCc10%Ui。 3.2 环流分析 在t3~t4时，两个开关管都不导通期间，输入电流即为环流电流。在此期间内，输入电流通过Ui+－N2－Cc－N1－Ui-构成的环路向箝位电容CC充电，其充电电荷为 (5) 当其中一个开关管导通时，箝位电容通过其相应的一个绕组向负载释放能量。箝位电容的放电电荷为： ，由稳态工作时箝位电容电荷守恒 关系可得