雙正激變換器中高頻變壓器激磁電感的作用研究

摘要：　　分析了雙正激DC/DC變換電路中的高頻變壓器的激磁電感對(duì)電路正常運(yùn)行的影響，導(dǎo)出了高頻變壓器能正常復(fù)位時(shí)的高頻變壓器的激磁電感、電路工作占空比、開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)寄生電容之間的關(guān)系，并在3.5kW雙正激變換器中得到驗(yàn)證。

敘詞：雙正激DC/DC變換器 激磁電感 電源

Abstract：　　The effect of the magnetizing inductance of the high frequency transformer in two-transistor forward converter is investigated in the paper. Relationship of the magnetizing inductance, duty cycle, switching frequency and parasitic capacitance between drain and source of main switches is found to satisfy magnetic resetting requirement of the transformer. Finally, simulation and experiment results are given to verify the analysis.

Keyword：Two-transistor forward converter magnetizing inductance

1　引言

雙管正激變換器較單管正激變換器有很多優(yōu)點(diǎn)，在電壓應(yīng)力方面，變換器中每個(gè)功率器件只需要承受電源電壓，而單管正激變換器則要承受兩倍的電源電壓。此外，與半橋或全橋直流變換器相比，它不存在橋臂直通的危險(xiǎn)。

但是雙管正激變換器的工作占空比應(yīng)小于0.5，以實(shí)現(xiàn)變壓器的磁復(fù)位。當(dāng)雙晶體管正激變換器用于大功率場(chǎng)合時(shí)，其主開(kāi)關(guān)需要多個(gè)功率MOSFET并聯(lián)。導(dǎo)致主開(kāi)關(guān)上漏極和源極之間的總寄生電容C增大，此時(shí)需要更多的時(shí)間來(lái)復(fù)位變壓器，這就進(jìn)一步限制了電路的最大工作占空比，影響變換器的效率。當(dāng)雙管正激變換器的工作占空比接近0.5時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)變壓器能否正常復(fù)位會(huì)影響電路的正常工作。這就需要合理設(shè)計(jì)變壓器的激磁電感。

本文首先分析了雙晶體管正激變換器的兩種可能的工作方式，進(jìn)一步分析了實(shí)現(xiàn)高頻變壓器正常復(fù)位時(shí)的高頻變壓器激磁電感與工作占空比、工作頻率之間的關(guān)系，并比較了主開(kāi)關(guān)用兩個(gè)IRFP460，三個(gè)IRFP460和四個(gè)IRFP460并聯(lián)時(shí)激磁電感限制值的變化，最后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)加以了驗(yàn)證。

2　工作過(guò)程分析

圖1為理想雙正激變換器的等效電路圖，

和

為MOSFET兩端的寄生電容。在下面的分析中，假設(shè)寄生電容

;變壓器的漏感忽略不計(jì);半導(dǎo)體器件是理想開(kāi)關(guān)與電容并聯(lián)構(gòu)成;輸出電感足夠大，電感中電流可認(rèn)為是一個(gè)恒流源;變壓器原副邊匝比為 。

雙管正激變換器在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)有兩種可能的穩(wěn)定工作狀態(tài)。

2.1穩(wěn)定工作狀態(tài)一

在穩(wěn)定工作狀態(tài)一的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中有六個(gè)工作階段，見(jiàn)圖2。其工作波形見(jiàn)圖3 (a)。

工作區(qū)間一：

。在

時(shí)刻，開(kāi)關(guān)

和開(kāi)關(guān)

關(guān)斷。此后，電流值為

的恒定電流給寄生電容

和

充電，開(kāi)關(guān)IMG]2004121716281382940.gif[/IMG]和開(kāi)關(guān)

上的電壓線(xiàn)性上升。這個(gè)階段到源極和漏極之間的寄生電容上的電壓充電到

時(shí)結(jié)束。這個(gè)階段持續(xù)的時(shí)間記為

：

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