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，为防磁饱和要加入

2、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，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）。为防止负载电流较大时磁心饱和，反激变

3、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作于电流连续模式时，其变压器铁心利用率

4、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

5、通过变压器副边绕组 w2和二极管向输出端释放。(a ）S 导通b）S 截止图 2-2 反激电路的开关状态图 2-3反激电路电流连续模式下主要波形（注： Ug 开关管电压、 UT 开关管两端电压、UL2 变压器副边电压、I L1 变压器原边电流I L2 变压器副边电流）当 S 关断后所承受的电压为：US=Ui+K12 U0式中 K12 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：U 0K 21D Ui1 D2.2 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-

6、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。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U0 将高于电流连续时输出的电压 U0

7、，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=Ui +K12U0，t2-t3 时间段为 Ui ，这点与电流连续工作模式不同。电路的仿真建模下面用 MATLAB软件对电路进行建模仿真。仿真模型如图 3-1 所示：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。 Diode1 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。

8、 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：表 3-1仿真建模中元件参数DC Voltage100VC4-42e10 F变f10000HZ压V1100V器V220VPWM周期000001secDiode1R0.05H-810Vf0.7Rs510CsInf图 3-2 当占空比D=50%， Rm=50pu、 Lm=2pu,电阻 R=1各信号波形图 3-3 当占空比 D=8%， Rm=50pu、Lm=2pu,电阻 R=1各信号波形从图 3-2 和 3-3 可以看出

9、：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。图 3-4 当占空比 D=50%，Rm=50pu、Lm=0.1pu,R=1 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=1e8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 Uo 和输出电流 I o 将越来越大、趋于无穷。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，但这时纹波较大。当 Lm一定