《15W反激变换器的设计》.pdf

15W 反激变换器的设计 1 反激变换器的原理 1.1 概述 反激变换器(flyback) 由buck-boost 电路推演而来，其电路原理图如图 1 所示。 由于电路简单能高效提供直流输出，因此对多组输出的应用特别有效，即由单个 输入电源使用同一磁路有效地提供多个稳定输出。它的缺点是输出电压中有较大 的纹波。这样也就限制了反激变换器的功率增大，通常只能在 150W 一下，而且 只能在电压调整率不高（如 6% ~ 10% ）的场合使用。 图 1 flyback 原理图 在反激变换器中，某一辅助输出如果调整率要求较高，可在副边输出端采用 线性稳压器。或者增加输出滤波电容，也可以降低纹波。较好的方法是在输出端 加一小型的 LC 滤波电路。 反激变换器一般有两种工作状态： （1）完全能量转换：即电感电流不连续方式，在存能周期ton 中，变压器中 存储的能量在反激周期toff 中都转移到输出端。 （2 ）不完全能量转换：即电感电流连续方式，储存在变压器中的一部分能 量在t 末保留到下一个t 周期的开始。 on on 这两种工作方式的小信号传递函数是极不相同的，动态分析时要作不同的处 理。实际上，当变换器输入电压在一个较大范围内发生变化，或者负载发生较大 变化时，必然跨越两种工作方式，因此反激变换器常要求能在完全和不完全能量 转换方式下都能稳定工作。 在脉宽调制开关变换器中引入电流模式控制可大大减少控制回路所遇到的 问题，尤其对于完全能量转换方式。在不完全能量转换中，由于传递函数的“右 半平面零点”，则电流方式控制不能消除固有的不稳定问题，这就是要求控制环 增益偏离低频段，并要求能降低瞬态响应速度。 1.2 电磁能量存储与转换 如图 1 中，当 MOSFET 导通时，进行电能存储的阶段。这时可将变压器看 作一个电感，如图 2-1 所示。 图 2-1 能量存储阶段等效电路图、原边电流波形和变压器磁化情况 从图 2-1 所示，当MOSFET 导通，原边电流 Ip 的变化由dis / dt V / L 决定。 s p Ip 会线性增加。磁芯内的磁感应强度将从 Br 增加到工作峰值 Bw 。 当MOSFET 关断时，初级电流降到零。副边二极管 D1 导通，感生电流将出 现在副边。因此按功率恒定原则，副边绕组安匝值与原边安匝值相等。 在反激器件，反激电流逐渐下降到零。示意电路如图 2-2. Bsat D1 Bw S1 Br Vs ’ C1 R H Is Ip t 图2-2 能量传送期间副边等效电路、在反激期间副边电流及其磁化情况 对于完全能量转换情况，反激时间总是小于关断时间。在反激时间，磁芯磁 通密度将从 Bw 下降至剩余磁通 Br 。副边电流将以某一速率衰减，此速率由副 边电压和副边电感决定，因此dis / dt V / L 。 s s 在稳定状态下，磁通增量∆Φ在导通时间内的变化必须等于在反激时间内的 变化。因此，有