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单端反激电子变压器的设计

2007年12月06日01:44来源:《国际电子变压器》2007.12P112作者：绵阳开元磁性材料有限公司张忠仕汪伟陈文李卫

1引言

开关电源的应用日趋广泛，作为开关电源“心脏”的DC/DC变换器类型多种多样，其中的单端反激变换器使用元件少，电路也较简单。所以，在功率不太大的情况下，单端反激变换器的使用相当广泛。

关于单端反激变换器的论述众多，所有观点也基本一致。关于单端反激变压器的设计理论我们是在徐德高老师的专著《脉宽调制变换器稳压电源》一书上首先看到的。随后又面世的多部有关开关稳压电源的专著中，涉及到反激式变压器时都没有提出一点新的不同理论。我们对反激式变压器的工作过程作出详细的分析，并提出一些与现时的有关文献不一致的新见解，供业内同行、专家参考。不正确之处，也恳请读者指正。

本文为了简洁，除非特殊说明一律使用国际单位制的基本单位，各公式中的物理量不再注明使用单位。（国际单位制的基本单位：SI制或MKS制，即米－千克－秒）

2单端反激变换器的工作原理

单端反激变换器的原理电路如图1所示。其工作原理十分简单，当开关管BG1导通时，高频变压器B1的原边上有电流i1通过，磁心被磁化，由于副边整流二极管D1是反接，所以次级回路形不成电流。当BG1关断时，在次级绕组N2上产生的感应电动势反向，D1导通。B1中储存的磁能向负载释放。

D1B1

D1

+E

+V0

I2心l

I1N1\/N2CR

I1

N1

\

/

BG1AGND

GND

3反激变压器工作模式与其初级电感L1的关系

单端反激变换器的运行，实质上就是储能和释放能量的过程。如果每个周期内，高频变压器把它储存的能量都完全释放给次级回路，可称为完全能量传递方式。如果每个周期内没有把储存的能量释放完就又开始储能，可称为不完全能量传递方式。但是，不完全能量传递方式仍遵守能量守恒定律，也就是说，如果不考虑磁心的损耗，变压器在每个周期内储能的增加量应等于它释放给次级回路的能量，存留在磁心中的能量应是不变的。如果把高频变压器当作一个储能电感来分析，当BG1导通时，初级绕组N1中有电流i1通过，初级电感L1开始储能，当BG1关断后，

通过次级电感L2向次级回路释放能量，释放过程就是有i2流动。在BG1关断期间，如果i2能降到零，这就是能量完全传递模式，所以，也称为电流不连续工作模式。如果i2还没有降到零BG1 就又导通，说明磁心中储存的能量还没有被释放完就又开始储能，这就是不完全能量传递方式，也称为电流连续工作模式。

对于反激式变换器来说，当开关频率和最大占空比给定以后，它的工作模式与输入电压、负载及初级电感量L1有着密切的关系。一些资料都是笼统地指明［1］，反激变换器在轻载或高输入电压下是不连续模式工作，在重载或低压下可进入连续模式工作。但对输入电压、负载、初级电感与工作模式之间的关系都没有给出明确的解析表达式。本文旨在找出它们之间的定量关系。

LCLDLELALB反激变压器的工作模式与其初级电感量L1之间的关系如图2所示。变换器的输入电压要限制在一个范围内变化，而负载也应限制在一个范围内变化，所以输入功率也应限制在一个范围内变化，开关管的导通时间不可能短到零，所以输入和输出功率也无法连续的降到零。L1如果小于LB，当输入电压E达最高值Emax时，导通时间Ton即使调到最短，输入功率也降不到设定的最低值，所以不可使用。L1如果小于LA，输入电压E只要在给定范围内，不论负载轻重，只要在设计范围内，变换器只工作在不连续模式状态就可完成功率的传输任务。L1如果大于LC，不论E值处于最高或最低值，不连续模式工作传输的功率连设定的最小值都达不到，所以，必需工作在连续模式状态。L1如果大于LD，对于直到无穷大的所有输入电压E值，当满载时，变换器就绝对进入连续工作模式状态。L1的值如果在LE与LD之间，满负载时，对不超过上限值的所有输入电压，变换器全工作在连续状态。L1的值如果在LA与LE之间，对于重载，输入电压E