导读：高效率双管正激变换器的研究，如何提高电能的利用率一直是电力电子领域最为重要的研究方向，而且必将成为未来该领域研究热点，DC/DC变换技术一直是开关电源技术的重点，DC/DC变换是开关电源的基本单元，其他各种形式的变换电路都是DC/DC变换电路的演变，DC/DC变换技术的发展伴随着开关电源技术发展，也是发展最快的电源变换技术之一，研究高效率DC/DC变换器对电力电子技术的发展具有重要意义，在各种
高效率双管正激变换器的研究
一、课题来源、意义、目的、国内外概况与预测
如何提高电能的利用率一直是电力电子领域最为重要的研究方向，而且必将成为未来该领域研究热点，并在某种程度上决定电力电子技术未来的兴衰命运。
DC/DC变换技术一直是开关电源技术的重点，也是开关电源技术发展的基础。DC/DC变换是开关电源的基本单元，其他各种形式的变换电路都是DC/DC变换电路的演变。DC/DC变换技术的发展伴随着开关电源技术发展，也是发展最快的电源变换技术之一。所以，研究高效率DC/DC变换器对电力电子技术的发展具有重要意义。
在各种隔离式DC/DC变换器中,单管正激变换器由于具有电路结构简单、成本较低、输出电流大、工作可靠性高等优点而广泛应用于中小功率变换场合，更成为低压大电流功率变换器的首选拓扑结构。但由于主开关管电压应力较大而不适合输入电压高的场合。
传统双管正激变换电路使得正激电路的主开关电压应力减小了一半左右，但是受复位机制的限制，它的工作占空比只能小于0.5，不适合电压范围较宽的场合。且开关管工作在硬开关状态下，开关损耗大，在不断追求高频化的今天，显得不合时宜。
本着最大可能提高电路效率的原则，本文着重研究了一种高效率双管正激变换器。
目前，通常采用的磁复位方法主要有以下几种： (1) 采用辅助绕组复位； (2) 采用RCD复位； (3) 采用LCD复位； (4) 采用谐振复位； (5) 采用有源钳位复位。
1、辅助绕组复位正激变换器
图一所示的单端正激变换器的隔离变压器有三个绕组：一次绕组N1、二次绕组N2和去磁绕组N3。在Ton时间内，T导通，D2导通，D1、D3截止，电源向负载传递能量，此时，磁通增量为???(VD/N1)?Ton?(VD/N1)?DTS，输出电压为vo?N2/N1?VD。
在随后的Toff时间内，T阻断，D2截止，D1导通续流，D3导通向电源回馈能量。如果在整个Toff时间内，D3都导通，则磁通的减少量最大值为????VD(1?D)TS/N3，输出电压为vo?0,此时开关管T两端的反压为VD?N1/N3?VD。
N3,变换器输出直流电压平均值为为了使磁通完全复位，??????，即D?N1/N1?N2/N1?DVD。
采用复位绕组法实现了变压器磁化能量无损地回馈到电网中去,其不足是:①功率开关
承受两倍的电源电压应力;②占空比D&0.5,不适合宽输入电源电压场合;③复位绕组使变压器结构复杂化;④需加RC缓冲网络抑制变压器漏感引起的功率开关关断电压尖峰。
2、RCD钳位正激变换器
阶段一:功率开关开通,整流二极管D1导通、钳位二极管DC和续流二极管D2截止; 阶段二:功率开关关断,D2将开通,D1中电流逐渐减小,D2中电流逐渐增大,CS近似地看成由负载折算到原边的电流线性充电;
阶段三:UCs上升到Ui,D1关断,D2导通,CS继续由励磁电流充电,一直到阶段结束时
UCs?Ui?UCc;
阶段四:DC开通,UCs保持在Ui?UCc值上,变压器原边电流即励磁电流以线性下降到零;
阶段五:励磁电流衰减到零,DC关断,励磁电感Lm与CC开始谐振;
阶段六:UCs?Ui,D1开通,励磁电流通过D1流动而保持恒定,这段死区时间变压器端电压为零。
采用RCD钳位的磁复位方式的单端正激变换器结构简单，成本低廉，占空比大于0.5，主开关管的电压应力较低，不需要辅助开关管。但是，由于在复位电路中的钳位电阻消耗能量，使得变换效率变得很低。在一些对效率要求不高或对成本要求严格的电源中，通常应用
RCD钳位的变换器。
3、LCD钳位正激变换器
阶段一：开关管导通,D4导通，由于电感L的作用,使得开关管的电流开始缓慢上升,开通损耗大幅度减小,电容C开始储能，电压开始上升至电源电压VD；同时,D2导通,D1截止,变压器向负载传输能量。
阶段二：开关管关断，此时开关管两端的电压为电源电压减去电容两端电压为零，由于感抗的存在,一次侧电流不能立即变化,于是,流经电容
C和二极管D3,此时电容开始放电，电压开始缓慢变化直到改变极性，这样限制了开关管两端电压的增长速率,以便使开关管的关断损耗大幅度减小。
阶段三：当一次侧电流下降到零时，电容反向充电到最大值，接下来电流反向，电容开始放电，能量反馈回电源。
无损LCD缓冲网络技术可将磁化能量和漏感能量返回到电网中,保证了变换器高效率;但该技术在开关频率fs?30kHz时便暴露出其缺点,其原因是过大的LC谐振电流增加了功率开关导通损耗,因此它通常应用在fs?20kHz场合。
4、谐振复位正激变换器
阶段一：开关管Q1开通阶段,流过整流二极管D1的电流增加,续流二极管D2的电流减小,励磁电流开始线性上升,阶段一结束时,D2的电流减小到零,由D1代替D2给负载供电。 阶段二：阶段二为功率输出阶段,能量通过变压器由输入电源传送给负载。励磁电流继续上升。
阶段三：阶段三为开关管Q1关断阶段，开关管的结电容CS被充电,续流二极管的结电容放电。阶段三结束时刻,续流二极管D2自然导通。
阶段四：在此阶段中,变压器漏电感上存储的能量继续给CS充电。阶段四结束时刻,变压器漏感上的能量全部传递到CS上。由于阶段四的时间很短,可以认为励磁电流基本不变。
阶段五：阶段五为磁复位阶段,在此阶段中,励磁电感Lm与结电容CS谐振工作。结电容上储存的能量回馈给电源和变压器电感,完成磁复位。
阶段六：阶段六为死区阶段,在此阶段中,D1和D2同时导通,副边绕组被箝位在零位,因此原边绕组电压也为零,变压器的励磁电流保持不变。 谐振复位法的主要优点是不需要任何附加的磁复位元件，而是直接通过励磁电感和主开关管的寄生电容就可以实现变压器复位。该复位方法所需要的元器件最少，因此采用该复位方法的正激变换器体积小。在变换器体积相对要求严格的分布式电源中得到广泛应用。同时变压器励磁电流可沿正负方向流动提高了磁心利用率，其工作的最大占空比可以大于0.5。但是和RCD,附加绕组复位一样存在死区的问题。
5、有源钳位正激变换器
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一种双管正激变换器的初级箝位电路
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改进型双管正激交错并联直流变压器研究
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用DC-DC级将输人、输出隔离，并为DC-AC级提供合适的直流电源。在输入电压变化范围不太大的情况下，DC-DC级可以采用结构简单的直流变压器。为采用双管正激交错并联的直流变压器拓扑。该电路的两组开关管M，\42和\43，风交错导-通，各自的占空比约为0.5.开关管M，12导通时，M3，M4关断，输人电压加在变压器乃上，整流二极管U导通，M2关断后，续流二极管E&5，D6续流，变压器7\去磁，关断。M：，M2关断后，M3，％导通，类似于上述过程m.这种拓扑具有很多优点。各开关管的占空比理论上为0.5，占空比固定，整个变压器副边电路占空比为1.输出滤波器无电感，没有续流二极管，结构简单。U，D，。无二极管反向恢复产生的尖峰问题，故输人和输出电压关系仅仅是变压器变比，效率高。通过两个二极管来提供去磁电流回路，实现磁复位，去除了复杂磁复位电路，且励磁能量回馈到电源，减小了损耗；而且两个二极管还起到箝位的作用，使开关管的关断电压箝在输人电压，电压应力低；该拓扑的每一个桥臂都是由一个二极管和开关管串联构成，不存在桥臂直通的可能，可靠性高。　　但这种拓扑也有缺点：采用两个变压器，磁芯是单向磁化的，变压器磁芯的利用率低，变压器的体积较大。而且开关管工作在硬开关状态，随着频率的升高，开关损耗大，效率降低，同时EMI较大。　　本文针对双管正激交错并联的直流变压器电路的缺点，提出了一种采用集成变压器的改进电路拓扑（见）。该拓扑采用一个集成的变压器，变压器双向磁化，提高了变压器利用率，并能实现开关管的ZVS，具有效率高、体积重量小、电磁干扰小的特点。2工作原理分析在所示的拓扑中，集成变压器中，JV，JV2为原边绕组，N3，JV4为副边绕组，况和JV2的匝数相同，JV3和JV4的匝数相同，设况/况=n.电容Cm，C.，Cw为开关管的漏-源极等效内部寄生电容，二极管D，D4为开关管的反并联体二极管。　　为了更清楚地分析电路的主要工作过程，作如下假设：开关管、二极管均是理想器件，其开通和关断均是瞬间完成的，且通态压降为零。　　=（。553=（1二=￡，原边绕组''/1，况的磁化电感分别为，漏感为LS1，Ls2，且hml 2.1变压器原边无漏感的理想状况工作模态分析%1为M，M2的驱动信号，Mgsz为M3，M4的驱动信号。的漏源极电压、漏电流及原边M电压、电流和副边JV3电流的工作示意图见（a）。　　在绕组从上，副边的整流二极管1导通，2仍关断，JV2和况流过磁化电流为lP/2.由（a）所示回路，磁化电流经NJV，给65（b）原边有漏感改进型直流变压器电路原理示意图电容C.充电，电容C―放电。M3，M4的近似线性上升，141，1'42的V2中电流不变，Z+2 /2，且有：模态2&―￡2）：1，12，吣，吣仍关断。在时刻，由于副边N3开始承受正压nUh故二极管1&正偏导通，磁化电流转移到副边N3，原边电流变为零。　　模态3（z2―；3）：在~时刻M，M2开通，关断。由于1，的Mds已经为零，故姊，12是零电压开通的。二极管正偏导通，给负载供电。中的电流值+中的磁化电流w'/为副边JV3中的负载电流折算到的值。到模态4（t3―：在：3时刻H，M2关断，M3，M4仍关断。类似于模态1，磁化电流经M，N2给电容CmcCw放电，电容csl充电。M3，H的叫，近似线性下降，M，M2的U*近似线性上升。副边绕组〗V3的电压下降，整流二极管1反偏关断。　　到时，M丨，M2的叫上升到（，吣，的灿下降至零，绕组况的电压变为一（7.之后过程类似于上述过程。且有2.2变压器原边有漏感的实际状况工作模态分析变压器绕组实际上有漏感。漏感上的电流不能突变，且当开关管关断后原边的电流变化时，会在漏感上产生感应电势使二极管D5，DS正偏导通。（b）为工作示意图，其工作过程有以下几点与原边无漏感的情况有区别：M3，M4由导通变为关断时，Ds，Ds导通，副边iV2的电压不变，8继续导通，漏感上的电流为Z+2S断时刻，Z2s =厂。电容充电，电容C.，C&ss2放电，电容与原边漏感谐振，谐振回路见（b）。M3和M4的Mds上升，和2的Mds下降。电流通过二极管D5，D6续流。N2，M中电流减小，V，电流上升。谐振结束时，M3和M4的Mds上升到，和姊的Mds下降至零，副边绕组N4的电压迅速下降，整流二极管1反偏关断。同时绕组N3的电压迅速上升，二极管1&正偏导通，磁化电流转移到副边N3中。设17'.为副边电压折算到原边的值，谐振时间为：其中，。　　流不为零，电流通过二极管DS，DS在N，和地中续流，且有，M！，MZ开通时，由于，12的Mds已经为零，故M〖，M2是零电压开通的。二极管Dr正偏导通，给负载供电。但此时（b）有漏感的实际情况M3关断后的谐振回路中的电流仍不为零，故由Dfe，Dfe继续续流。由于漏感上的电流不能突变，且漏感上的电压为输人电压减去输出电压折算到原边的值。故在1，他导通过程中，况，~3上的电流线性上升，电容C.先放电，后充电。　　由此可见，有漏感时谐振的c大，故谐振时间短，更易实现ZVS.2.3软开关条件讨论由上述可见，两组开关同时关断的死区时间长短、原边电流的大小都对功率管的ZVS有影响。　　若死区时间过短，谐振未完成就开通开关，则不能实现零电压开通；死区时间过长，由于输出没有滤波电感，加重了滤波电容的负担，影响了可靠性，且电容电压谐振到零后，还会反充，不能实现零电压开通。　　轻载时，原边电流过小，漏感储能过小，无法将关断管的漏源极电容谐振到uin，即下组将要开通的开关管的漏源极电容不能谐振到零，只能通过磁化电流将上述电容分别充、放电到和零，这种情况可视为介于原边有漏感和无漏感的中间情况。　　所以，设计时要综合考虑占空比、开关频率、负载、漏感等因素，保证软开关的实现。　　3仿真和原双管正激交错并联直流变压器电路是硬开通的。故改进的直流变压器电路与双管正激交错并联直流变压器电路相比，减小了开关损耗。两个直流变压器电路的效率比较见。　　（b）原边有漏感改进型直流变压器电路部分仿真波形见。采用集成变压器的直流变压器电路可将变压器的体积、重量减小到原来的1/2以下，同时改进后提高了直流变压器电路的效率。输人电压在300V以下时。改进型电路的效率高，改进效果明显，这是采用ZVS的优点。　　4结语与原双管正激交错并联直流变压器相比，改进型直流变压器电路由于采用了集成变压器，提高了变压器的利用率，有效地减小了变压器的体积、重量，同时减少元器件（减少了两个续流二极管）。
作者：未知 点击：72次
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针对大功率高压输出场合普遍存在的次级电路中二极管反向恢复问题，引入了一种双CDD(一个电容两个二极管)无源无损缓冲电路。该电路不仅能有效抑制二极管反向恢复产生的电压尖峰，保证电路的可靠运行．还能避免常规电阻一电容一二极管(RCD)缓冲吸收网络损耗大的缺点。详细分析了该次级加箝位电路的组合双管正激变换器工作原理，给出了缓冲电容的选取方法，并在180V／20A的实验样机上进行实验，验证了理论分析的正确性
不好我反对
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双管正激变换器
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双管正激变换器的由来
　　由于正激变换器的输出功率不像反激变换器那样受变压器储能的限制，因此输出功率较反激变换器大，但是正激变换器的开关电压应力高，为两倍输入电压，有时甚至超过两倍输入电压，过高的开关电压应力成为限制正激变换器容量继续增加的一个关键因素。为了降低开关的电压应力，可以采用双管正激变换器，如图所示，同单管正激变换器相比，双管正激变换器在变换器的原边增加了一个开关管，并增加了两个二极管，这两个二极管一方面起着箝位的作用，将开关电压箝位在输入电压，另一方面为变压器去磁提供通路。
双管正激变换器的原理
　　图1为双管正激变换器主电路，其变压器二次侧电路和单管正激变换器一样，但一次绕组与S1、S2（两个开关晶体管）串联，S1、S2在PWM脉冲作用下同时导通或关断，在每个晶体开关管和一次绕组之间，各并联一个续流二极管VD1、VD2，使得S1、S2关断时，变压器储能有一个释放通路，经过VD1、VD2回馈到直流输入电源。因此双管正激变换器无需另加磁复位措施。VD1、VD2还起钳位作用，将S1、S2承受的电压钳位于输入电压Vi。
　　有的文献称这种电路为混合桥式(Hybrid bridge)电路，其中S1、VD2组成一个桥臂，VD1、S2组成另一个桥臂。
双管正激变换器的优点
　　双管正激变换器克服了正激变换器中开关电压应力高的缺点，而且不需要采用特殊的复位电路就可以保证变压器的可靠磁复位。更重要的是，与全桥变换器或半桥变换器相比，它的每一个桥臂都是由一个二极管与一个开关管串联组成，因此从结构上说它不存在桥臂直通的问题，可靠性高，这是双管正激变换器的一个最显着的特点，正是因为具有了这个特点，使它成为了目前在工业中应用最普遍的变换器结构之一。
双管正激变换器的应用
　　双管正激变换器可应用于中等功率场合，较高电压输入（例如Vi=800V或1000V）、较大功率输出场合（例如10KW）。每个开关管承受的最大电压为Vi。比如通信系统中的一次电源和一些弧焊电源。和单管正激变换器相比，开关管承受的电压应力降低一半。
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