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正激变换电路的设计与优化

【摘要】:正激电路包含多种不同的拓扑,典型的单开关正激电路原理如图4.11 所示。励磁电感饱和后,励磁电流会更加迅速增长,最终损坏电路中的开关元件。图4.11正激电路原理图图4.12正激电路的工作波形在正激电路中,变压器绕组W3 和二极管VD3 组成复位电路。在对开关电源体积、质量和效率要求较高时,不适合采用正激变换电路。

如果开关管导通时电源将能量直接传送至负载,则称为正激。正激电路包含多种不同的拓扑,典型的单开关正激电路原理如图4.11 所示。

电路的工作过程为,当开关S 开通后,变压器绕组W1 两端的电压为上正下负,与其耦合的W2 绕组两端的电压也是上正下负。因此VD1 处于通态,VD2 为断态,电感L 的电流逐渐增长;当S 关断后,电感L 通过VD2 续流,VD1 关断,变压器的励磁电流经W3 绕组和VD3 流回电源,所以S 关断后承受的电压为,N 为绕组匝数。

当开关S 开通后,变压器的励磁电流由零开始,随时间线性增长,直到S 关断,导致变压器的励磁电感饱和。从S 关断后到下一次再开通的一段时间内,必须设法使励磁电流降回零,否则下一个开关周期内,励磁电流将在本周期结束时的剩余值基础上继续增加,并在以后的开关周期中依次累积起来,变得越来越大,从而导致变压器的励磁电感饱和。励磁电感饱和后,励磁电流会更加迅速增长,最终损坏电路中的开关元件。因此,在S 关断后使得励磁电流降回零是非常重要的,这一过程称为变压器的磁芯复位。正激电路的工作波形如图4.12所示。

图4.11 正激电路原理图

图4.12 正激电路的工作波形

在正激电路中,变压器绕组W3 和二极管VD3 组成复位电路。该电路的工作原理是:当开关S 关断后,变压器励磁电流通过W3 和VD3 流回电源,并逐渐线性地下降到零。从S 关断到绕组W3 的电流下降到零所需要的时间为trst。S 处于断态的时间必须大于trst,以保证S下次开通前励磁电流能够降为零,使变压器磁芯可靠复位。变压器的磁芯复位所需的时间为

在输出滤波电感电流连续时,即S 开通时电感L 的电流不为零,输出电压与输入电压的比为

如果输出电感电流不连续,输出电压随负载减小而升高,在负载为零的极限情况下

正激变换电路具有电路简单可靠的优点,广泛应用于较小功率开关电源中。但是由于其变压器铁芯工作点只在其磁化曲线的第一象限,变压器铁芯未得到充分利用,因此在相同功率条件下,正激变换电路中变压器体积大、质量和损耗都较后面介绍的全桥、半桥及推挽型变换电路大。在对开关电源体积、质量和效率要求较高时,不适合采用正激变换电路。