20170608-谐振去磁正激变换器的稳态分析

谐振去磁正激变换器的稳态分析

普高（杭州）科技开发有限公司 张兴柱 博士

图1是谐振去磁正激变换器和它的稳态分析电路。图2是在忽略输出电压开关纹波条件下的

(t V g )(t

(t V g )

t

(a) 原理图 (b) 稳态分析用电路

图1 谐振去磁正激变换器和它的稳态分析电路

CCM

图2 谐振去磁正激变换器在CCM 下的典型波形

当谐振去磁正激变换器工作在CCM 稳态时，在一个开关周期内共有四个不同的工作模式，每个工作模式的等效电路如图3所示，各模式的工作原理为：

(a)： 模式 [1] (b)：模式 [2]

(c)： 模式 [3] (d)： 模式 [4]

图3 CCM 下的三个等效电路

模式[1]：D1与D2换流模式，[t 0-t 1]：

该模式从主管S 关断开始，到续流二极管D2导电结束。时间很短， 该区间内的激磁

电流和副边折射至原边的电流一起对Cc 和Coss 充放电，至变压器原边电压等于零. 模式[2]：续流模式(1)[谐振去磁模式]，[t 1-t 2]

该模式从二极管D1关断，D2开通开始，至去磁结束为止。此时副边是续流阶段，原边是去磁过程，它的去磁由激磁电感与等效电容Ce 的谐振实现，这也是谐振去磁名称的由来。其中：2N C C C C d c oss e ++=

模式[3]：续流模式2 [t 2-t 3]

该模式从原边去磁完成开始, 到开关管S 的触发导通结束，副边仍为续流模式。 模式[4]: 传能模式[t 3-T s ]

该模式从主管导通开始，到其关断结束， 此区间内输入向输出传递能量，原边激磁电感电流线性增加。

从CCM 模式下的理想稳态波形，根据输出滤波电感上的稳态伏秒平衡定律，即

s o s o g

T D V DT V N

V )1()(

−=− 可得与三绕组去磁正激变换器完全相同的输入/输出稳态关系。但经推导，其还有一些如下的关系：

模式[1]的时间间隔：N

I V C C t t t o g

oss c /I )(1m 011+×+=−=∆ （1）

模式[2]的时间间隔：m

t t t ωπ

=

−=∆122 （2） 模式[3]的时间间隔：21233)1(t t T D t t t s ∆−∆−−=−=∆ （3） 激磁电感电流的幅值：m

s

o m s g L T NV L dT V 22I I 2m 1m ×=

×=−= （4） 其中：e

m m C L 1

=

ω，模式[4]的时间间隔即为控制间隔s DT ，1t ∆一般很短，通常可忽略不计。为使开关S 上的电压应力最小，可将低限/满载时的谐振去磁间隔m

t ωπ

=

∆2正好等于s T D )1(max −。在这种设计下，谐振电容电压的幅值和谐振频率分别为：

min max max

12g cp V D D V −=

π

，s e

m m T D C L )1(1max −=

=

π

ω

从激磁电流的波形可知，激磁电流的平均值为一个很小的负电流，也可用0I m ≈近似。 但其对应的磁密且在BH 的第一和第三象限中变化， 如图3所示。磁密的绝对变化大小为，m B B 2=∆， 其中2/B B m ∆=为磁密幅度。 在谐振去磁正激变换器中，变压器的利用率高于三绕组去磁正激变换器中的变压器。

图3 谐振去磁的变压器磁密变化

谐振去磁正激变换器在DCM 下的稳态关系与三绕组去磁正激变换器在DCM 下的稳态关系完全一致，所不同的是去磁部分的关系。