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衡水变压器回收之反激式变压器基本原理和工作方式
 
作者:admin  来源:本站  发表时间:2019-8-6 15:42:50  点击:66

  当开关晶体管Tr ton时,变压器初级Np有电流Ip,并将能量储存于其中(E=LpIp/2).由于Np与Ns极性相反,此时二极管D反向偏压而截止,无能量传送到负载.当开关Tr off时,由楞次定律:(e=-N△Φ/△T)可知,变压器原边绕组将产生一反向电势,此时二极管D正向导通,负载有电流IL流通.反激式转换器之稳态波形

  导通时间ton的大小将决定Ip、Vce的幅值:

  Vce max=VIN/1-Dmax

  VIN:输入直流电压;Dmax:最大工作周期

  Dmax=ton/T

  由此可知,想要得到低的集电极电压,必须保持低的Dmax,也就是Dmax<0.5,在实际应用中通常取Dmax=0.4,以限制Vcemax≦2.2VIN.

  开关管Tr on时的集电极工作电流Ie,也就是原边峰值电流Ip为:Ic=Ip=IL/n.因IL=Io,故当Io一定时,匝比n的大小即决定了Ic的大小,上式是按功率守恒原则,原副边安匝数相等NpIp=NsIs而导出.Ip亦可用下列方法表示:

  Ic=Ip=2Po/(η*VIN*Dmax)η:转换器的效率

  公式导出如下:

  输出功率:Po=LIp2η/2T

  输入电压:VIN=Ldi/dt设di=Ip,且1/dt=f/Dmax,则:

  VIN=LIpf/Dmax或Lp=VIN*Dmax/Ipf

  则Po又可表示为:

  Po=ηVINf DmaxIp2/2f Ip=1/2ηVINDmaxIp

  ∴Ip=2Po/ηVINDmax

  上列公式中:

  VIN:最小直流输入电压(V)

  Dmax:最大导通占空比

  Lp:变压器初级电感(mH)

  Ip:变压器原边峰值电流(A)

  f:转换频率(KHZ)

  工作方式

  反激式变压器一般工作于两种工作方式:

  1.电感电流不连续模式DCM(Discontinuous Inductor Current Mode)或称"完全能量转换":ton时储存在变压器中的所有能量在反激周期(toff)中都转移到输出端.

  2.电感电流连续模式CCM(Continuous Inductor Current Mode)或称"不完全能量转换":储存在变压器中的一部分能量在toff末保留到下一个ton周期的开始.

  DCM和CCM在小信号传递函数方面是极不相同的,其波形如图3.实际上,当变换器输入电压VIN在一个较大范围内发生变化,或是负载电流IL在较大范围内变化时,必然跨越着两种工作方式.因此反激式转换器要求在DCM/CCM都能稳定工作.但在设计上是比较困难的.通常我们可以以DCM/CCM临界状态作设计基准.,并配以电流模式控制PWM.此法可有效解决DCM时之各种问题,但在CCM时无消除电路固有的不稳定问题.可用调节控制环增益编离低频段和降低瞬态响应速度来解决CCM时因传递函数"右半平面零点"引起的不稳定.

  DCM和CCM在小信号传递函数方面是极不相同的.

  DCM/CCM原副边电流波形图

  实际上,当变换器输入电压VIN在一个较大范围内发生变化,或是负载电流IL在较大范围内变化时,必然跨越着两种工作方式.因此反激式转换器要求在DCM/CCM都能稳定工作.但在设计上是比较困难的.通常我们可以以DCM/CCM临界状态作设计基准.,并配以电流模式控制PWM.此法可有效解决DCM时之各种问题,但在CCM时无消除电路固有的不稳定问题.可用调节控制环增益编离低频段和降低瞬态响应速度来解决CCM时因传递函数"右半平面零点"引起的不稳定.

  在稳定状态下,磁通增量ΔΦ在ton时的变化必须等于在"toff"时的变化,否则会造成磁芯饱和.

  因此,

  ΔΦ=VIN ton/Np=Vs*toff/Ns

  即变压器原边绕组每匝的伏特/秒值必须等于副边绕组每匝伏特/秒值.

  比较图3中DCM与CCM之电流波形可以知道:DCM状态下在Tr ton期间,整个能量转移波形中具有较高的原边峰值电流,这是因为初级电感值Lp相对较低之故,使Ip急剧升高所造成的负面效应是增加了绕组损耗(winding lose)和输入滤波电容器的涟波电流,从而要求开关晶体管必须具有高电流承载能力,方能安全工作.


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