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兩種雙管反激型DC/DC變換器的研究和比較
摘要：傳統(tǒng)的雙管反激克服了主開關(guān)電壓應(yīng)力大的缺點，使得每個主開關(guān)的電壓應(yīng)力僅為輸入電壓，但是該電路帶來了占空比不能大于50％的缺點。為了克服這個缺點，提出了寬范圍雙管反激的拓撲，不僅每個開關(guān)的電壓應(yīng)力要比單管反激小得多，而且占空比也可以大于50％，但該拓撲的漏感能量需外加緩沖電路來吸收。客觀地分析和比較了這兩種雙管反激變換器的特性差異，并指出了兩者的適用場合。最后，實驗結(jié)果進一步驗證了以上的觀點。關(guān)鍵詞：DC/DC；雙管反激；寬范圍
1 概述
反激型DC/DC變換器因結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉而廣泛應(yīng)用于各種輔助電源和小功率電源中。但是，單管反激變換器主開關(guān)電壓應(yīng)力大，在輸入電壓較高的場合使用起來比較困難。另外，反激變換器的變壓器漏感一般比較大，導(dǎo)致主開關(guān)上產(chǎn)生很高的電壓尖峰，使電壓應(yīng)力進一步增加。傳統(tǒng)的雙管反激變換器如圖1所示，其兩個主開關(guān)的電壓應(yīng)力為輸入電壓，克服了單管反激開關(guān)電壓應(yīng)力大的缺點，并且漏感能量可以回饋到輸入側(cè)，不需要吸收電路，但它帶來了占空比D不能大于50％的缺點，在寬范圍場合應(yīng)用有局限性。本文提出了一種能工作在占空比大于50％條件下的雙管反激變換器，如圖2所示，不過它和傳統(tǒng)的雙管反激相比也并非十全十美，其漏感能量需要外加緩沖電路來吸收。本文詳細、客觀地分析和比較了這兩種雙管反激變換器在工作原理和特性上的差異，闡述了一些獨特的觀點，并且給出了兩種雙管反激的實驗結(jié)果比較，旨在為電源設(shè)計者選用這兩種雙管反激變換器時提供理論依據(jù)和參考數(shù)據(jù)。
2 工作原理
為了分析方便，假設(shè)各器件具有理想特性，電感、電容足夠大，輸入電壓沒有脈動，電路已經(jīng)進入穩(wěn)態(tài)。
傳統(tǒng)雙管反激變換器在兩個開關(guān)管S1及S2導(dǎo)通期間，加在變壓器原邊的電壓為輸入電壓Vin，原邊電流流過S1及S2，并且線性上升。副邊二極管反向偏置，副邊電流為零。當S1及S2同時關(guān)斷后，原邊電流逐漸下降到零。二極管D1及D2隨即導(dǎo)通，由于實際電路中漏感的影響，變壓器原邊上的電壓被鉗在－Vin，副邊二極管因此導(dǎo)通。儲存在原邊漏感中的能量全部反饋到輸入側(cè)后，D1及D2關(guān)斷，變壓器原邊電壓降至副邊繞組反射電壓－nVo（n為變壓器原邊對副邊的變比），副邊二極管維持導(dǎo)通，直到下一開關(guān)周期開始。
改進的雙管反激變換器，如圖2（a）及圖2（b）所示，有兩種結(jié)構(gòu)，是為了克服傳統(tǒng)雙管反激變換器占空比不能大于50％的缺點而提出的，因此，稱之為寬范圍雙管反激變換器。該變換器與傳統(tǒng)雙管反激結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于分別去掉了一個鉗位二極管，這樣會有一個主開關(guān)的電壓應(yīng)力得不到限制，可能造成過壓，所以，要對兩個開關(guān)的關(guān)斷次序進行人為的控制。對于圖2（a），S2應(yīng)該比S1先關(guān)斷；對于圖2（b），S1應(yīng)該比S2先關(guān)斷。圖2（a）及圖2（b）所示兩種結(jié)構(gòu)的工作原理是類同的，下面就僅對圖2（b）的結(jié)構(gòu)進行分析。
同樣，在S1和S2導(dǎo)通期間，加在變壓器原邊上的電壓為Vin，原邊電流線性上升，同時副邊二極管截止。隨后，將S1關(guān)斷，S2繼續(xù)導(dǎo)通，激磁電感和S1的結(jié)電容C1諧振，考慮到實際中激磁電感非
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