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单开关反激电流馈电DC-DC变换器 Peter Mantovanelli Barbosa, Member, IEEE, and Ivo Barbi, Senior Member, IEEE 译者：世纪电源网-埃_维_针1 摘要：本文提出一种新颖的dc-dc转换器，其显著的优点是具有单开关元件、单输入电感、纯电容输出滤波器、隔离拓扑、输出低电流纹波，以及能够使用恒定频率的常规PWM方案。 新的转换器可工作在宽的输入电压范围内，可用于功率因数校正和多输出电源应用。 接下来以实验室原型机300W/50KHz为例阐释理论分析。 索引术语：DC-DC变换器，反激变换器，高频，电源。 文中符号含义 归一化输出电流 归一化电容Cb两端电压 归一化输出电压 反激电感匝比 占空比 开关频率 变压器励磁电流瞬时值 变压器励磁电流平均值 输出电流平均值 反激电感励磁电流平均值 反激电感励磁电流瞬时值 电感因子 变压器励磁电感 反激励磁电感 变压器匝比 开关周期 电容Cb两端电压平均值 输入电压 输出电压 1.简介 反激电流馈电推挽拓扑，如图一所示，在大功率和高电压应用下具有一些优势。它只有一个输入电感，却没有输出电感，这样就非常适合多输出绕组和高压输出应用。串联的反激电感可以防止变压器出现饱和的状态。 图一 反激电流馈电推挽拓扑 图二 单开关反激电流馈电拓扑 图一所示的功率转换电路集合了单功率转换的buck和boost变换器的优点，因此它可以工作在宽输入电压范围环境下和应用于功率因数校正电路。在单功率级转换电路中实现功率因数校正和调节输出电压，使得电源整体效率提升，减小了产品的体积、尺寸和最终成本。上述变换器具有另外一个优点：工作在buck模式时，只用一个电容滤波后输出的电流纹波非常小，因为反激电感和变压器都会通过输出整流二极管传导能量至输出端。纹波电流会在电解电容的ESR（等效串联电阻）上造成能量损失，因此低纹波电流避免了设备过热并提高了设备的使用寿命。 （a） （b） 图三 CCM模式下单开关反激电流馈电拓扑基本工作过程 在低功率应用下该变换器有一个缺点，即它需要两个正常工作的功率开关元件。本文提出的单开关反激电流馈电拓扑，虽然该拓扑只有一个开关元件，但保留了这种两个开关元件变换器的优点。 2.新拓扑和工作原理 单开关反激电流馈电拓扑的功率电路图如图二所示。该电路对于任何数量的输出只有一个反激电感，一个带有伏秒平衡电容的变压器，以及单个功率开关。该变换器适合工作在0-100%的占空比范围内，而且输出电流纹波小，因为在连续模式（CCM）中任何一个输出整流二极管，与会依次导通。 CCM模式下的工作过程描述如下： 在Sw导通阶段下等效电路见图三（a）粗体部分，输入电压源提供反激电感励磁电流。两个励磁电流在这个阶段都线性增加，在CCM模式中，反激电感励磁电流始终大于变压器励磁电流，因此二极管导通，将能量从输入电压源传递到输出部分（电容和负载电阻）。结束时Sw关断，等效电路见图三（b）粗体部分，之前存储在反激电感中的励磁能量通过二极管 传递到输出部分，与此同时变压器通过二极管和电容去磁，两个励磁电流都线性减小。 图四给出了CCM模式下变换器的典型波形。我们可以在图四（f）中看到Sw导通阶段励磁电流线性增加，图四（b）和（f）分别展示了反映到变压器初级侧（译者注：is和im是连续三角波，因为次级折合到初级侧了）的输入电流和流过二极管的电流波形，亦可在图四（f）验证。当Sw导通时二极管 传导了励磁电流和的差值，当Sw关断时，二极管传导反激电感的励磁电流，传导变压器的励磁电流（译者注：即两个二极管传递电流，给反激电感和变压器实现去磁，后文中出现的关断阶段的励磁电流，都应是去磁电流）。图四（a）和（d）分别展示了反激电感原边电压和变压器原边电压。 图四 CCM模式下单开关反激电流馈电拓扑典型波形 3.变压器和反激电感的功率分配 输入电压源到输出部分的能量由反激电感和变压器一起传递。接下来的分析确定了两个磁性器件平均分配输出功率的平均值，通过变压器传递到输出的功率可以表示为： （1） （译者注：这里的是流过二极管的平均电流，作者的一篇会议记录有所提及）从变换器拓扑结构上我们可以看出流经二极管和的电流平均值是相等的，流经二极管的电流平均值为：。（译者注：这里应该注意到，虽然反激电感输出电流平均值乘以负载，和变压器输出电流平均值乘以负载，都等于一半的输出电压，这里不存在矛盾，因为要在定义上去计算负载电压，即绘出电压波形