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第1页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二一、反激变换器的特点 1、反激变换器的适用范围由于不需要接输出滤波电感，使得反激变换器的成本较低、体积较小，所以这种拓扑在输出功率为5150W的电源中广泛应用。适用于高电压、低功率场合。主要应用于小型仪器、仪表，家用电器等电源，自动化设备中的控制电源。除了功率以外，一般在选择用反激拓扑时还应考虑以下限制：若输出电流很大，且输出电压纹波要求较高时不适宜用反激拓扑，因为输出滤波电容将会很难选择；若输出多于三组或四组时，最好不要用反激拓扑，因为次级能量输出时是按漏感的大小来进行分配的，如果绕组间漏感不匹配，就会

2、影响到输出调整率，没有直接取反馈的那路的电压容易随负载变化而剧烈变化。第2页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二 2、反激拓扑的优缺点反激拓扑电路比较简单，反激变压器既充当变压器，又充当电感，因此不用像正激拓扑那样需要一个大的储能滤波电感，以及一个续流二极管。所以反激拓扑的体积要比正激拓扑的体积小，且成本也要低。不需要加磁复位绕组。反激拓扑要求调控占空比的误差信号幅度要比较低。 反激的缺点也很明显。电压和电流的输出特性要比正激拓扑的差(输出电流纹波较大)。由于反激拓扑变压器的铁芯一般需要留一定的气隙，反激拓扑变压器初级和次级线圈的漏感都比较大，开关电源变压器的工作效率低，只适

3、合小功率开关电源(5-150W)。第3页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二二、反激变换器的基本工作原理 1.基本工作原理 （1）当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管VD截止，变压器储存能量，负载由输出电容C提供能量，拓扑电路如下图。 图2-1开关管导通时原理图 为防止负载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。第4页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二 （2）当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器中的能量经由输出二极管向

4、负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量，原理图如下图。 图2-2开关管截止时原理图 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。第5页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二2、DCM(discontinuous current mode)&CCM(continuous current mode) 根据次级电流是否有降到零，反激可以分为DCM和CCM两种工作模式。两种模式有其各自的特点。下面两种工作模式时的波形。图2-3反激变换器工作在

5、CCM下的各个波形第6页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二 图2-3反激变换器工作在DCM下的各个波形 反激电路中变压器磁芯的磁通密度取决于绕组中电流的大小。在最大磁通密度相同的条件下，CCM下的磁通密度的变化范围要比DCM小，由ViN*B*Ae/DT可知，CCM相对而言需要较多的匝数或是较大的磁芯。磁芯的利用率较低。第7页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二三、反激电路的建模与仿真第8页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二 Simulink 仿真模型中电压源为100V直流电压.Pulse Generator为PWM脉冲发生器，用于驱动I

6、GBT，调节其占空比就可以控制输出电压的大小。Diode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为输出电阻。Scope用于显示PWM脉冲信号、IGBT开关电流Is和开关电压Us、副边电流Iw2、负载电流I0、负载电压U0。DC Voltage100VPWM周期00001sec变压器频率10000HZ原边电压100V副边电压20VR5C2e-4F 参数设置第9页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二图3-3当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,电阻R=5,IGBT内 部电感=1e-8H各信号波形第10页，共18页，2022年，5月20日，

7、3点14分，星期二 图3-4当占空比D=5，Rm=50pu、Lm=2pu,电阻R=5,IGBT内 部电感=1e-8H各信号波形 从图3-3和3-4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。第11页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二 图3-5当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=5,IGBT内 部电感=1e-8H各信号波形第12页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二 图3-6当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=1pu,R=5,IGBT内 部电感=1e-8H各信号波形 从图3-5和3-6可以看出，当其他条件不变，减小

8、变压器Lm值时，电路由连续模式变为断续模式。第13页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二 图3-7当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=5,IGBT内 部电感=1e-8H各信号波形第14页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二 图3-8当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8,IGBT内 部电感=1e-8H各信号波形 从图3-7和3-8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Uo和输出电流Io将越来越大、趋于无穷。第15页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二 图3-9 当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8,IGBT内 部电感=1e-8H时各信号波形第16页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二 图3-10当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8,IGBT内 部电感=0.1H时各信号波形 从图3-9和3-10可以看出，其他条件不变增大IGBT内部电感值，电路由连续模式变为断续模式。第17页，共18页，2022年，5月20日，3点14分，星期二四结论 （1）在其他条件不变的情况下，占空比D、变压器Lm值、输出电阻R、IGBT内部电感的