不同模式下反激式开关电源的分析.docx

３１１２０１４１ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＳｃｉ－ＴｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ） Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．１，Ｊａｎ．２０１４文章编号：１６７３－３８５１（２０１４）０１－００５９－０６不同模式下反激式开关电源的分析邹贤，赵新龙，鲁文其（浙江理工大学机械与自动控制学院，杭州３１００１８）摘要：为优化反激式开关电源的参数设计，在不同模式反激变换器的参数分析基础上，设计了断续模式和连续模式 下的２２Ｗ多路输出反激式开关电源，推导了两种模式下的电源参数计算方法，分析了功率开关管、高频变压器、次级二极 管、输出滤波电容等元器件的损耗机理及计算方法，并对全负载范围内的多组数据进行测量。实验表明，电源纹波电压、工 作效率等各项指标均符合要求，性能良好；不同模式下反激变换器的参数分析合理，实验效率曲线与损耗分析结果基本一致。关键词：断续模式；连续模式；反激变换器；损耗分析中图分类号：ＴＭ９１９文献标志码：Ａ０引言随着电力电子技术的发展，高性能的功率开关管以及集成化芯片的出现，更小损耗的开关电源正广泛应用于通信、航天、家电等领域。但是，开关电源本身仍然存在一些问题，其中包括元器件损耗、高 频变压器噪声、电源效率、电磁干扰等。这就需要对反激变换器［１－３］的工作模式进行一定的研究与分析。本研究在对ＤＣＭ（断续模式）和ＣＣＭ（连续模式）［４－７］模式下反激变换器的参数分析基础上，制作了不同模式下的基于Ｔｏｐ２４６Ｙ［８－１２］的２２Ｗ多路输出反激式开关电源，然后列出反激变换器在ＤＣＭ和ＣＣＭ模 式、满载条件下的主要参数表，并通过对反激变换器的损图１ＤＣＭ模式下反激变换器主要波形功率开关管的最大占空比由最小输入电压和感应电压、功率开关管漏－源导通电压决定，一般Ｕ＝８５～２６５Ｖ的宽范围交流输入条件下，感应电压的允许范围为９０～１５０Ｖ，当Ｕ＝（１＋１５％）１１０Ｖ时，可选感应电压为６５Ｖ。ＵＯＲ耗进行分析和计算，分析两者的差异，得出相应的结论。Ｄｍａｘ＝×１００％（１）１反激式变换器工作模式分析１．１ＤＣＭ模式下相关参数的分析ＤＣＭ模式下反激变换器主要波形如图１所示。ＵＯＲ＋ＵＩＮｍｉｎ－ＵＤＳ（ＯＮ）由于反激式开关电源中高频变压器起到储能电感的作用，因此高频变压器可以类似于设计电感。 因此一次侧电感量ＬＰ为图１中，Ｔｏｎ为功率开关管导通结束时刻；Ｔｚ为次级ＬＰ＝２ＰＯ２（２）电流发生断续时刻；ＴＳ为功率开关管关断结束时刻，即工作周期；ＵＰ为初级电压；ＩＰ为初级电感电流；ＩＳ为次级电感电流。ηＩＲｆ初级电感平均电流为Ｉ＝ＤＩＰｍａｘ＋ＩＰｍｉｎＡＶｍａｘ２（３）收稿日期：２０１３－０６－１３基金项目：国家自然科学基金作者简介：邹贤（１９８９－），男，江南南昌人，硕士研究生，主要从事电子与电力传动方面的研究。 通信作者：赵新龙，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｘｉｎｌｏｎｇ＠ｚｓｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ６０浙江理工大学学报（自然科学版）２０１４年第３１卷式中：ＩＰｍｉｎ为初级最小电流，ＩＰｍａｘ为初级峰值电流， 由于工作于ＤＣＭ模式，ＩＰｍｉｎ＝０。次级有效电流为ＩＳＲＭＳ＝ＩＳｍａｘ１－Ｄｍａｘ（１６）ＩＡＶ＝ＰＯ（４）槡３ηＵＩＮｍｉｎ将式（３）代入式（４），可得初级峰值电流为ＰｍａｘＩ＝２ＰＯηＤｍａｘＵＩＮｍｉｎ初级有效电流为Ｄｍａｘ（５）高频变压器输出端线径Ｄｓｍ为ｓｍ槡（）Ｄ＝１．１３×ＩＳＲＭＳ１７Ｊ功率开关管导通时，变压器初级电压感应到次级，次级二极管截止，二极管承受的峰值电压为ＵＩＮｍａｘＩＰＲＭＳ＝ＩＰｍａｘ槡３（６）ＵＳｍａｘ＝ｎ＋ＵＯ（１８）初级电感线径为ＩＰＲＭＳ１．２ＣＣＭ模式下相关参数的分析ＣＣＭ模式下反激变换器主要波形如图２所示。Ｄ１＝１．１３×槡Ｊ（７）开关管截止时，功率器件承受的峰值电压为ＵＰｍａｘ＝ＵＩＮｍａｘ＋ＵＯＲ＋ＵＬ（８）面积乘积法仍为选择磁芯的一种有效方法，表 示磁芯有效截面积与窗口面积的乘积，根据计算的ＡＰ值，即可查表找出所需磁芯的型号。ＤＣＭ模式时，磁芯面积乘积值的计算公式为０．４３３（１＋η）ＰＯＡＰ＝ＡｗＡｅ＝ηＫｗＤＪＢＭｆ×１０４（９）图２ＣＣＭ模式下反激变换器主要波形式中：ＫＷ为窗口利用系数，一般取０．３５；Ｊ为电流密度，一般取４００Ａ／ｃｍ２；ＢＭ为磁芯最大磁通密度，一般取０．２５Ｔ；由于交流输入端电压不同，功率开关管占空比不同，一般初级匝数ＮＰ可根据工频电压来计算ＵＩＮ槡Ｄ×１０４图２中，Ｔｏｎ为功率开关管导通结束时刻；ＴＳ为 功率开关管关断结束时刻，即工作周期；ＵＰ为初级电压；ＩＰ为初级电感电流；ＩＳ为次级电感电流。根据磁通平衡定律，ＭＯＳＦＥＴ导通期间磁通增加量等于截止期间磁通减小量，则ＮＰ＝Ｂ（１０）ＵＩＮｍｉｎＮΔＭｆ考虑到次级输出回路