車載高頻推挽DC-DC變換器設(shè)計方案（二）

3 開關(guān)變壓器的設(shè)計

　　采用面積乘積（AP）法進(jìn)行設(shè)計。對于推挽逆變工作開關(guān)電源，原邊供電電壓UI=24V，副邊為全橋整流電路，期望輸出電壓UO=220V，輸出電流IO=3A，開關(guān)頻率fs=25kHz，初定變壓器效率η=0.9，工作磁通密度Bw=0.3T.

　　（1）計算總視在功率PT.設(shè)反向快速恢復(fù)二極管FRD的壓降：VDF=0.6*2=1.2V

　　4 推挽逆變的問題分析

　　4.1能量回饋

　　主電路導(dǎo)通期間，原邊電流隨時間而增加，導(dǎo)通時間由驅(qū)動電路決定。

　　圖3 S1導(dǎo)通、S2關(guān)斷時的等效電路

　　圖3（a）為S1導(dǎo)通、S2關(guān)斷時的等效電路，圖中箭頭為電流流向，從電源UI正極流出，經(jīng)過S1 流入電源UI負(fù)極，即地，此時FWD1不導(dǎo)通；當(dāng)S1關(guān)斷時，S2未導(dǎo)通之前，由于原邊能量的儲存和漏電感的原因，S1的端電壓將升高，并通過變壓器耦合使得S2的端電壓下降，此時與S2并聯(lián)的能量恢復(fù)二極管 FWD2還未導(dǎo)通，電路中并沒有電流流過，直到在變壓器原邊繞組上產(chǎn)生上正下負(fù)的感生電壓。如圖3（b）；FWD2導(dǎo)通，把反激能量反饋到電源中去，如圖 3（c），箭頭指向為能量回饋的方向。

4.2 各點波形分析

　　當(dāng)某一PWN信號的下降沿來臨時，其控制的開關(guān)元件關(guān)斷，由于原邊能量的儲存和漏電感的原因，漏極產(chǎn)生沖擊電壓，大于2UI，因為加入了RC緩沖電路，使其最終穩(wěn)定在2UI附近。如圖4所示。

　　圖4 RC緩沖電路波形圖

　　當(dāng)S1的PWN 信號下降沿來臨，S1關(guān)斷，漏極產(chǎn)生較高的沖擊電壓，并使得與S2并聯(lián)的反饋能量二極管FWD2導(dǎo)通，形成能量回饋回路，此時S2漏極產(chǎn)生較高的沖擊電流，見圖5.

　　圖5 S2漏極產(chǎn)生較高的沖擊電流

　　5 實驗與分析

　　實驗結(jié)果表面，輸出電壓穩(wěn)定在220V，紋波電壓較小。最大輸出功率能達(dá)到近600W，系統(tǒng)效率基本穩(wěn)定在80%，達(dá)到預(yù)期效果。其中，由于IGBT效率損耗較大導(dǎo)致系統(tǒng)效率偏低，考慮如果采用損耗較小的MOSFET，系統(tǒng)效率會至少上升10%~15%.

　　注意事項：

　?。?） 變壓器初級繞組在正、反兩個方向激勵時，由于相應(yīng)的伏秒積不相等，會使磁芯的工作磁化曲線偏離原點，這一偏磁現(xiàn)象與開關(guān)管的選擇有關(guān)，原因是開關(guān)管反向恢復(fù)時間的不同》 可導(dǎo)致伏秒積的不同。

　?。?）實驗中，隨著輸入電壓的微幅增高，系統(tǒng)損耗隨之增大，主要原因是變壓器磁芯產(chǎn)生較大的渦流損耗，系統(tǒng)效率有所下降。減小渦流損耗的措施主要有：減小感應(yīng)電勢，如采用鐵粉芯材料；增加鐵心的電阻率，如采用鐵氧體材料；加長渦流所經(jīng)的路徑，如采用硅鋼片或非晶帶。

　　6 結(jié)論

　　推挽電路特別適用于低壓大電流輸入的中小功率場合，并利用AP法設(shè)計了一種高頻推挽DC-DC變換器。實驗結(jié)果表明本文的高頻推挽變壓器的設(shè)計方案達(dá)到了預(yù)期的效果，使輸出電壓穩(wěn)定在220V并具有一定的輸出硬度，效率達(dá)到80%，為現(xiàn)代汽車電源的發(fā)展提供了一定的發(fā)展空間。