双管正激拓扑的工作原理和设计举例
基于双管正激拓扑的ACDC开关电源磁性器件设计
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2020.15.061基于双管正激拓扑的AC/DC开关电源磁性器件设计杨旭东 吕小刚 刘崇义(北京航天万源科技有限公司 北京 100176)摘 要：介绍了应用在常规单相交流市电输入，采用高频变压器隔离，输出直流电压的AC/DC开关电源中的变压器、输出滤波电感器等关键磁性器件的计算方法，并详细的给出了每一步的计算公式和其中涉及的参数说明。
按照文中所给出的磁性器件设计方法，在产品设计中只需根据实际要求略作修整，即可完成磁性器件的设计工作，提高设计效率。
关键词：双管正激 变压器设计 电感设计中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)05(c)-0061-02根据设计需求，采用双管正激电路进行了AC/DC隔离电源的研制。
1 电源的功率电路双管正激电路的两个开关管受同一驱动信号控制，同时开通或关断，是公认可靠性最高的电路拓扑，功率部分电路如图1所示。
2 磁性器件设计输入交流220VAC/50Hz；输出电压42V；输出电流20A。
对变压器及输出电感设计如下。
2.1 变压器设计采用面积乘积法。
工作频率设为50kHz。
脉冲最大占空比Dmax设为0.4。
变压器工作效率假设为80%。
整流二极管压降设为0.7V。
Pin=Vo×Io÷η=42×20÷80%=1050W (1) Ap=(2)查磁芯P M62：Ae=5.5c m2，A n=3.877c m2，A p’= Ae×An=21.4cm4。
因Ap’>Ap，满足要求。
原边绕组Np==17.28匝（Np取18匝） (3) Ae磁芯截面积，ΔB工作最大磁感应强度。
副边绕组Ns==8.4匝(Ns取9匝) (4)Vo(max)输出电压，Vd输出整流二极管压降。
副边绕组电流峰值Isp=1.1×Io=1.1×20=22A (5)副边绕组电流有效值I RMS1=(6)续流二极管电流有效值I RMS2=(7)原边绕组电流峰值Ipp= (8)原边绕组电流有效值PRMS=(9)绕组电流密度按J=6A/mm2选择，则原边、副边绕组截面积：Sep= IPRMS/J=6.3A/6=1.05mm2 (10) Ses= IRMS1/J=12.6A/6=2.1mm2 (11)原边一根QZ-2-1.2漆包线，截面积为1.17mm2。
双管正激参数及控制环路的S
双管正激参数及控制环路的S
引言
双管正激变换器开关管的电压应力等于输入电压，关断时也不会出现漏感尖峰，加上结构简单、可靠性高，在高输入电压的中、大功率场合得到广泛的应用。
在开关电源的设计过程中，控制环路设计的优劣关系到系统的稳定与否。
对于PWM变换器的控制环路，传统的方法使用状态空间平均法，求出小信号模型，来设计控制环路。
此方法计算量大，效率低，不利于工程应用。
SABER与其他仿真软件相比，具有更丰富的元件库和更精确的仿真描述能力，真实性更好。
特别是在电源领域的先天优势，借助其强大的仿真功能缩短电源产品的上市时间。
目前，用SABER软件设计控制环路尚不多见，基于此，提出用SABER仿真设计双管正激参数及控制环路。
1 电路结构。
正激电源 拓扑
正激电源拓扑正激电源是一种常见的电子电路拓扑结构，广泛应用于各种电子设备中。
它的设计目的是为了将交流电源转换为直流电源，以满足设备的工作需求。
本文将介绍正激电源的基本原理、工作方式以及在实际应用中的一些注意事项。
正激电源的基本原理是利用变压器、整流器和滤波器等元件将交流电源转换为直流电源。
首先，交流电源通过变压器降压，然后经过整流器将交流电信号转换为脉冲信号。
接着，脉冲信号经过滤波器进行滤波处理，去除脉冲信号中的高频成分，得到平滑的直流电源。
正激电源的工作方式可以分为两个阶段：导通状态和关断状态。
在导通状态下，变压器的一次侧电流增大，二次侧电流减小，同时整流二极管导通，将交流电信号转换为直流电信号。
而在关断状态下，变压器的一次侧电流减小，二次侧电流增大，整流二极管截止，断开电流通路。
正激电源的设计要考虑到多个因素，例如输入电压范围、输出电压稳定性、效率等。
输入电压范围指的是正激电源可以适应的输入电压范围，一般为220V 或者110V。
输出电压稳定性是指正激电源输出的直流电压是否稳定，一般要求在 ±5% 的范围内。
效率是指正激电源将交流电源转换为直流电源的能力，一般要求在 80% 以上。
在实际应用中，正激电源的设计需要注意以下几点。
首先，要选择合适的元件，例如变压器、整流器和滤波器等，以确保电源的稳定性和可靠性。
其次，要合理布局电路板，减少元件之间的干扰和噪声。
此外，还需要考虑过流保护和过压保护等安全性能，以保护电子设备和用户的安全。
正激电源是一种常见的电子电路拓扑结构，用于将交流电源转换为直流电源。
它的设计原理和工作方式相对简单，但在实际应用中需要考虑多个因素。
合理的设计和选用合适的元件可以提高电源的性能和可靠性。
希望本文的介绍对读者对正激电源有所了解，并能在实际应用中有所帮助。
采用双管正激拓扑构建高性能模块电源
图2 电气原理图
图3 正常输出电压下效率与负载电流的关系曲线（包括最小、正常和最大输入电压情况,25°C）
带PFC功能的150W双管正激恒流源设计
带PFC功能的150W双管正激恒流源设计设计一个带PFC功能的150W双管正激恒流源涉及到以下几个关键问题：正激拓扑选择、功率因数校正技术、控制策略、保护功能等。
本文将详细介绍如何设计一个满足要求的带PFC功能的150W双管正激恒流源。
一、正激拓扑选择在设计150W双管正激恒流源时，可以选择LLC谐振变换器作为正激的拓扑结构。
LLC谐振变换器具有高效率、高密度、低EMI等优势，适合用于高功率应用，同时也能够实现PFC功能。
二、功率因数校正技术在正激拓扑中实现功率因数校正（Power Factor Correction, PFC）功能是非常关键的。
采用谐振变换器结构，主要通过控制输入电流时间谐振点，实现对输入电流的控制，从而提高功率因数。
三、控制策略控制策略是设计中的关键一环。
针对150W双管正激恒流源，可以引入一种基于周期延时的控制策略。
该控制策略主要包括参考电流的计算、比较器的设计以及PWM信号的生成等。
通过这种控制策略，可以有效地控制150W双管正激恒流源的输出，提高系统的稳定性和可靠性。
四、保护功能五、效率分析在设计完成之后，需要对系统的效率进行分析。
通过合理的设计和优化参数，将系统的效率提高到较高水平，实现能源的有效利用。
在整个设计过程中，需要注意一些关键参数的选择，例如输入电压范围、PWM控制频率、输出电压和电流的控制范围等。
同时，还需要注意系统输出的稳定性和可靠性。
通过以上的设计步骤和注意事项，可以实现一个满足要求的带PFC功能的150W双管正激恒流源。
设计出来的150W双管正激恒流源将具有高效率、稳定性和可靠性等特点，能够满足各种应用领域的需求。
正激、反激、双管反激、推挽开关电路小结
正激、反激、双管反激、推挽开关电路⼩结开关电源电路学习⼩结1.正激（Forward）电路正激电路的原理图如图1所⽰：图1、单管正激电路1.1电路原理图说明单管正极电路由输⼊Uin、滤波电容C1、C2、C3，变压器Trans、开关管VT1、⼆极管VD1、电感L1组成。
其中变压器中的N1、N2、N3三个线圈是绕在同⼀个铁芯上的，N1、N2的绕线⽅向⼀致，N3的绕线⽅向与前两者相反。
1.2电路⼯作原理说明开关管VT1以⼀定的频率通断，从⽽实现电压输出。
当VT1吸合时，输⼊电压Uin被加在变压器线圈N1的两边，同时通过变压器的传输作⽤，变压器线圈N2两边产⽣上正下负的电压，VD1正向导通。
Uin的能量通过变压器Tran传输到负载。
由于N3的绕线⽅向与N1的相反，VT1导通时，N3的电压极性为上负下正。
当VT1关断时，N1中的电流突然变为0，但铁芯中的磁场不可能突变，N1产⽣反电动势，⽅向上负下正；N3则产⽣上正下负的反向电动势，多出的能量将被回馈到Uin。
通过上述内容可以看到W3的作⽤，就是为了能使磁场连续⽽留出的电流通路，采⽤这种接线⽅式后，VT1断开器件，磁场的磁能被转换为电能送回电源。
如果没有N3，那么VT1关断瞬间要事磁场保持连续，唯有两个电流通路：⼀是击穿开关；⼆是N2电流倒流使⼆极管反向击穿。
击穿开关或⼆极管，都需要很⾼电压，使击穿后电流以较⾼的变化率下降到零；⽽很⾼的电流变化率（磁通变化率）⾃然会产⽣很⾼的感⽣电动势来形成击穿电压。
由此可见，如果没有N3，则电感反向时的磁能将⽆法回收到电源；并且还会击穿开关和⼆极管。
1.3⼩结1)正激电路使⽤变压器作为通道进⾏能量传输；2)正激电路中，开关管导通时，能量传输到变压器副边，同时存储在电感中；开关管关断时，将由副边回路中的电感续流带载；3)正激电路的副边向负载提供功率输出，并且输出电压的幅度基本是稳定的。
正激输出电压的瞬态特性相对较好；4)为了吸收线圈在开关管关断时时的反电动势，需要在变压器中增加⼀个反电动势吸收绕组，因此正激电路的变压器要⽐反激电路的体积⼤；5)由于正激电路控制开关的占空⽐都取0.5左右，⽽反激电路的占空⽐都较⼩，所以正激电路的反激电动势更⾼。
电源拓扑结构介绍----正激和反激
变换器的介绍： Transformer introduction
变压器：原边（原级）primary side 和
副边（次级）secondary side 原边电感（励磁电感）--magnetizing inductance
漏感---leakage inductance
副边开路或者短路测量原边电感分别得励磁电感和漏感 变压器的作用：1. 电气隔离； 2. 变比不同，达到电压升降； 3. 磁耦合传送能量；
压器储存能量，磁通量增加。在导通期间，磁通的增加量
为：
( )
V in W1
* D * Ts
此过程中，副边绕组的电压为Vin/N（N为原边和副 边匝数比），整流二极管D3导通，给电感、电容充电和负
载供电。
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(2) MOS管截止时，变压器原边励磁电感中的电流不
能跃变（方向不变，大小连续变化），通过二极管D1和D2
式中，K13=W1/W3是原边与复位绕组的匝比，
K23=W2/W3 是副边与复位绕组的匝比。
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此时，整流二极管D1 关断，滤波电感电流iL1通过续
流二极管D2续流，与buck变换器类似。
在此开关模态中，加在Q上的电压VQ为：
VQ=Vin+K13*Vin。
电源电压Vin反向加在复位绕组W3上，故铁芯去磁， 铁芯磁通Ø减小： W3*dØ/dt=-Vin 铁芯磁通Ø的减小量为：Vin/W3*ΔD*Ts。
2. 和Boost、Buck变换器一样，Flyback变换器也 有电流连续和断续两种工作方式。对Flyback变换器
来说，电流连续是指变压器两个绕组的合成安匝在一 个开关周期中不为零，而电流断续是指合成安匝在Q 截止期间有一段时间为零。图中a、b、c 给出了变换 器在不同开关模态下的等效电路图。
双mos管正激隔离驱动电路
双mos管正激隔离驱动电路双MOS管正激隔离驱动电路是一种常用的隔离型电源拓扑，它采用两个MOSFET作为开关器件，通常用于高效率、高功率密度的应用中。
这种电路的工作原理是通过第一个MOSFET（称为高侧MOSFET）来控制输入电压与输出电压之间的隔离，而第二个MOSFET（称为低侧MOSFET）则用来控制负载的供电。
以下是一个基本的双MOS管正激隔离驱动电路的原理描述：1. 输入侧（高侧）：输入电压通过一个整流器（如二极管）后，为高侧MOSFET提供驱动电压。
高侧MOSFET的栅极由一个驱动电路控制，该驱动电路可以产生足够快的开关信号，以控制MOSFET的导通和截止。
2. 隔离变压器：隔离变压器的高压侧连接到高侧MOSFET的源极，低压侧则连接到低侧MOSFET的栅极。
变压器的作用是实现输入与输出之间的电气隔离，同时提升或降低输出电压，以适应不同的负载需求。
3. 输出侧（低侧）：低侧MOSFET的源极连接到负载，而栅极则由隔离变压器的次级绕组提供驱动信号。
当高侧MOSFET导通时，隔离变压器的初级绕组与次级绕组之间的磁链增加，从而在次级绕组中产生电动势，驱动低侧MOSFET导通，为负载供电。
当高侧MOSFET截止时，低侧MOSFET也会随之截止，切断负载的供电。
4. 驱动电路：驱动电路通常包括脉冲宽度调制（PWM）控制器，它根据负载需求生成高侧和低侧MOSFET的开关信号。
驱动电路需要提供足够的电流来快速充放电MOSFET的栅极电容，以确保开关动作的快速完成。
5. 钳位电路：为保护MOSFET不受到输入电压或负载电压的过高影响，通常会设计钳位电路，以限制MOSFET的源漏电压。
这种电路的优点包括高效率、低电磁干扰（EMI）、良好的隔离性能等。
然而，设计时需要注意的问题包括MOSFET的选择、驱动电路的设计、变压器的设计、开关频率的选择、EMI的抑制等。
为了确保电路的稳定性和可靠性，还需要考虑电路的温升控制、过流保护、过压保护等保护措施。