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作者: 发布时间:2012-06-12 来源: 繁体版
1 引言经过多年的发展,开关电源技术已经取得了很大成功,其应用也十分普遍和广泛。但因其结构复杂,涉及的元器件较多,以及要降低成本、提高可靠性,仍存在一些问题需要解决。例如:电源的设计和生产需要较高的技术支持;电路的

1 引言9ix自动化在线网

经过多年的发展,开关电源技术已经取得了很大成功,其应用也十分普遍和广泛。但因其结构复杂,涉及的元器件较多,以及要降低成本、提高可靠性,仍存在一些问题需要解决。例如:电源的设计和生产需要较高的技术支持;电路的调试要有实际经验,也有一定的难度。对于第一个问题,由于目前各种开关电源虽然形式多样,结构各异,但其大都源于几种基本的dc-dc变换器拓扑结构,或者是这些基本电路组合,因此,可以对几种基本dc-dc变换器进行分析,将已有的电路设计公式应用于实际开关电源的设计。对于第二个问题,随着计算机硬件和软件的发展以及仿真技术的不断完善,人们可以利用仿真技术来解决开关电源产品开发和生产中存在的问题。9ix自动化在线网

本文在对基本的buck变换器电路拓扑分析的基础上,对与之相关的正激变换器和双管正激变换器进行了分析,发现可以通过等效变换,从buck变换电路的设计公式中推导出正激变换和双管正激变换电路的参数计算公式;此外,采用pspice仿真软件进行了电路仿真试验,仿真结果证明了开关电源电路设计的正确性。9ix自动化在线网

2 buck变换的拓扑结构与参数设计9ix自动化在线网

基本buck变换器的电路拓扑结构如图1所示,由电压源vi、串联开关s、续流二极管vd和由lc组成的电流负载组合而成,其中l的大小决定输出电流纹波,而输出电压纹波则由c决定,这是最基本的一种直流变换器。9ix自动化在线网

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图1 基本的buck变换器9ix自动化在线网

文献[1]给出了buck变换器的电路设计公式,根据buck变换器的输出公式:9ix自动化在线网

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式中:ρ为占空比,且有:ρ=ton/t,则ρ=vo/vi。9ix自动化在线网

电感l的计算公式为:9ix自动化在线网

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式中:f为开关频率;9ix自动化在线网

iomin为输出最小电流。9ix自动化在线网

而电容c的计算公式为:9ix自动化在线网

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式中:δvo为输出电压纹波。9ix自动化在线网

3 正激变换的公式推导9ix自动化在线网

3.1 拓扑结构与工作模式9ix自动化在线网

一个单管正激变换器的主电路拓扑结构如图2所示,由于正激变换器是在基本的buck型变换器基础上多了一个隔离变压器t1、一个二极管vd1和一个由回收绕组n3和箝位二极管vd3构成的复位电路。由于电路形式发生了变化,所以设计时不能直接使用上述基本buck变换器的参数计算公式。本文通过对正激变换器工作模式的分析,采用等效变换方法将正激变换器等效为一个基本的buck变换电路,由此可将基本buck变换电路的参数计算公式(2)和(3)推广到一类正激变换器的参数计算,建立新的设计公式。9ix自动化在线网

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图2 单管正激变换器主电路结构9ix自动化在线网

正激变换器的工作模式为:9ix自动化在线网

(1) 当v1导通时,二极管vd1导通,输入电网经变压器耦合向负载传输能量,此时,滤波电感l1储能;9ix自动化在线网

(2) 当v1截止时,二极管vd1截止,电感l1中产生的感应电势使续流二极管vd2导通,电感l1中储存的能量通过二极管vd2向负载释放。9ix自动化在线网

3.2 等效变换与参数计算9ix自动化在线网

根据对正激变换器工作模式的分析,可以发现二极管vd1的通断与开关管v1的通断同步,因此可以将二极管vd1用一个等效开关管v代替,如果可以忽略v1的导通压降,则变压器副边绕组的感生电压为:9ix自动化在线网

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式中:k为变压器的匝比,且有k=n1/n2。9ix自动化在线网

如果用一个大小为vi′的电压源代替变压器副边绕组,就可以将整个正激变换器的输出边等效变换为一个基本的buck变换器。等效电路如图3所示,图中用开关v代替了图2电路中的开关管v1与二极管vd1的作用。由此,通过等效变换的正激变换器主电路拓扑结构与图1所示的基本buck变换器的拓扑结构一致。这样,就可以采用基本buck变换器的参数计算公式(2)和(3)来设计正激变换器。9ix自动化在线网

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图3 等效buck变换器9ix自动化在线网

由图3可将公式(2)和(3)推广,得到等效后的正激变换器参数计算:9ix自动化在线网

(1) 占空比的计算:9ix自动化在线网

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(2) 滤波电感的计算:9ix自动化在线网

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(3) 滤波电容的计算:9ix自动化在线网

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式(5)、(6)和(7)即为正激变换器的参数计算公式,从式(5)可知占空比不仅与输入输出电压有关,还跟变压器的匝比有关,与式(2)和式(3)相比,滤波电容与电感的计算也多了一个变压器的匝比参数k。


一种基于正激变换器的开关电源设计方法
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