单端反激变换器的建模及应用仿真

1、单端反激变换器的建模及应用 仿真单端反激变换器的建模及应用仿真摘要：介绍一种单端反激式高压 DC/DC变换器,叙述 其工作原理，工作模式，波形的输出。并对两种工作 模式进行了分析。通过对单端反激变换器的Matlab/Simulink建模与仿真，研究电路的输出特性，以及 一些参数的选择设置方法。关键词：单端反激变换器 Matlab/Simulink 建模 与仿真1. 反激变换器概述换电路由于具有拓扑简单，输入输出电气隔离， 升/降压范围广，多路输出负载自动均衡等优点，而 广泛用于多路输出机内电源中。在反激变换器中， 变压器起着电感和变压器的双重作用，由于变压器 磁芯处于直流偏磁状态，为防磁饱和要

2、加入气隙， 漏感较大。当功率管关断时，会产生很高的关断电 压尖峰，导致开关管的电压应力大，有可能损坏功 率管；导通时，电感电流变化率大。因此在很多情 况下，必须在功率管两端加吸收电路。反击变换器的特点：1、电路简单，能高效提供多路直流输出，因此 适合多组输出要求。反激变换器是输出与输入隔离 的最简单的变换器。输出滤波仅需要一个滤波电容， 不需要体积、重量较大的电感，较低的成本。尤其 在高压输出时，避免高压电感和高压续流二极管。 功率晶体管零电流开通，开通损耗小。而二极管零 电流关断，可以不考虑反向恢复问题2、输入电压在很大的范围内波动时，仍可有较 稳定的输出，无需切换而达到稳定输出的要求。3、

3、转换效率高，损失小。4. 变压器匝数比值较小。5. 小功率多组输出特别有效；6. 变压器工作原理与其他类型的隔离变换器不 同，隔离变压器还起到了存储能量的作用；7. 变压器铁芯必须加气隙，以防磁饱和；2. 反击变换器的工作原理图2-1反激变换器的原理图反激变换器工作原理是：主开关管导通时，二次 侧二极管关断，变压器储能；主开关管关断时，二 次侧二极管导通，变压器储能向负载释放。它和正 激变换器不同，正激变换器的变压器励磁电感储能 一般很小，各绕组瞬时功率的代数和为零，变压器 只起隔离、变压作用。而反激变换器的变压器比较 特殊，它兼起储能电感的作用，称为储能变压器（或 电感-变压器）。为防止负载

4、电流较大时磁心饱和， 反激变换器的变压器磁心要加气隙，降低了磁心的 导磁率，这种变压器的设计是比较复杂的。在开关管关断时，反激变换器的变压器储能向 负载释放，磁心自然复位，因此反激变换器无需另 加磁复位措施。磁心自然复位的条件是：开关导通 和关断时间期间，变压器一次绕组所承受电压的伏 秒乘积相等。反激电路存在两种工作模式：电流连续和电流断 续模式。与非隔离 DC/DC变换电路不同，反激电路 电流连续与否指的是变压器副边绕组的电流。当S导通时，变压器副边绕组中电流未下降到 0，则电路 工作于电流连续模式；当 S导通时，变压器副边绕 组中电流下降到0，则电路工作于电流断续模式；值 得注意的是电路工

5、作于电流连续模式时，其变压器 铁心利用率显著降低，因此实际使用中通常避免电 路工作于电流连续模式。2.1电流连续模式反激电路工作于电流连续模式时，在一个开关周 期经历S导通，关断2个开关状态，如图2-2所示。 对应于1个开关周期T的2个时段:t0-t1和t1-t2， 电路中主要的电压和电流波形如图 2-3所示。t0-t1时段：如图2-2(a)所示，S导通，根据绕 组间同名端关系，二极管 VD反向偏置而截止，变压 器原边绕组w1电流线性增加，变压器储能增加。t1-t2时段：如图2-2(b)所示，S关断，二极管 VD导通，变压器原边绕组w1的电流被切断，变压器 在t0-t1时段储存的能量通过变压器

6、副边绕组 w2和 二极管向输出端释放。(a)S导通（注：Ug开关管电压、Ut开关管两端电压、UL2变压器副边电压、IL1变压器原边电流IL2变压器副边电流）当S关断后所承受的电压为：Ub=U+K2U0式中Kl2为变压器原边与副边绕组的匝数比。 当反击电路工作于电流连续模式时，输入输出电压关系为：k21d际1 DU2.2电流断续工作模式反激电路工作于断续模式时，在一个开关周期内 经历S导通、关断和电感电流为0的3个开关状态， 对应的3个时段分别为t0-t1、t1-t2,t2-t3 ，电路 中主要的电压和电流波形如图 2-4所示。t0-t1时段：S导通，二极管VD截止，变压器原 边绕组w1电流线性

7、增加，变压器储能增加。t1-t2时段：S关断，二极管VD导通，变压器原 边绕组电流被切断，变压器在t0-t1时段储存的能量通过变压器副边绕组 w2和 二极管向输出端释放。直到t2时刻，变压器中的能 量释放完毕，绕组w2中的电流下降为0,二极管截 止。t2-t3 时段：变压器原边绕组和副边绕组电流均 为0,这时由电容C向负载供电。Ud+tN/NJU,tII图2-3反激电路电流断续模式下主要波形反激电路电流断续工作时，输出的电压 U将高于电流连续时输出的电压 U0,并且随着负载的减小而 升高。电流断续工作模式下，S关断后在t1-t2时间段所承受的电压为US=U+K2U),t2-t3时间段为U ,

8、这点与电流连续工作模式不同。3.电路的仿真建模下面用MATLAB件对电路进行建模仿真 仿真模型如图3-1所示：Scoped图3-1反激电路仿真建模图Simulink仿真模型图中电压源为24V直流电压；L为滤波电感，C为滤波电容。Diodel为电力二 极管，单向导通，阻止电流反向流动；电路的开关 器件为IGBT, R为负载。Scope1用于显示IGBT的 电流电压。Scope2用于显示变压器副边绕组电流、 负载电压和负载电流。Pulse Generator为PWM脉冲 发生器，用于驱动IGBT,调节其占空比就可以控制 输出电压的大小。图中有几个比较重要的元件的参数需要设定元件参数如下表3-1所示

9、:表3-1仿真建模中元件参数DC Voltage100VC4-42e10F变f10000HZ压V1100V器V220VPWM周 期0. 00001secDiodelR0.05 QH-810Vf0.7Rs510CsInf5D图3-2当占空比 D=50% Rm=50pu Lm=2pu,电阻 R=1Q各信号波形图3-3当占空比D=8% Rm=50pu Lm=2pu,电阻R=1Q各信号波形从图3-2和3-3可以看出：当其他条件不变时, 减小占空比，电路由连续模式变为断续模式。副边电就图3-4当占空比 D=50% Rm=50pu Lm=0.1pu,R=1 Q各信号波形从图3-2和3-4可以看出，当其他条件不变,减小变压器Lm值时，电路由连续模式变为断续模式图3-5当占空比 D=50% Rm=50pu Lm=2pu,R=1e8Q各信号波形从图3-2和3-5可以看出，其他条件不变增大 输出电阻阻值，电路由连续模式变为断续模式，且 输出电压U和输出电流I。将越来越大、趋于无穷。4总结从图中波形可以看出变压器的Lm的大小直接影 响反激电路的连续方式和断续方式。当负载一定， 随着Lm的减小反激电路会从连续模式转为断续模 式，但这