反激式变换器设计的文献综

反激式变换器设计的文献综述
摘要：随着社会的不断发展人们对变开关电源的要求越来越高，市场的竞争也越来越激烈。

其中反激式变换器因为有效的提高了开关电源的效率，元器件相对较少，成本较低，结构简单应用范围广等特点越来越受到人们的青睐。

本文主要通过对反激式变换器原理的研究，以及结合SABER软件进行反真，设计出一个符合要求的反激式变换器。

关键词：反激式变换器，电流连续工作模式，电流断续工作模式，伏秒平衡
研究背景及目的：随着社会的进步和经济的不断的发展，科学技术的不断进步,特别是在20世纪60年代电力电子学的出现，更完善了电气工程的完整性。

各种电力电子装置广泛的应用于高压电流输电，静止无功补偿，电力机车牵引，交直流电力传动，电解，励磁，电加热，高性能交直流电源中。

因此，世界各国，都无不看中电力电子学对电气工程的作用。

在我国电气工程作为一个一级学科，它包含了两个五个二级学科，即电力系统及其自动化，电机与电器，高电压与绝缘技术，电力电子与电力传动，电工理论与新技术。

在这五个学科电力电子学都处于十分特殊的地位。

反激式变换器因为是开关电源的重要组成部分，开关电源的效率直接影响各电器的工作，是衡量电器好坏的重要指标。

开关电源的设计若不达标，将会浪费大量的资源，因此设计一个效率高的开关电源尤其重要。

反激式转换器又称单端反激式或：‘Buck-Boost’转换器，因其输出端在原边绕组关断时获得能量故而得名。

在反激变换器拓扑中，开关管导通时，变压器储存能量，负载电流由输出滤波电容提供；开关管关断时，变压器将储存的能量传送到负载和输出滤波电容，以补偿电容单独提供负载电流时消耗的能量，其因电路简单，转换效率高损失小，变压器匝数比值小等优点【1】，极大的提高了开关电源的效率，所以反激式变换器日益成为国内外开关电源研究的热点。

历程：随着许多电器尺寸的不断减小，供电电源的粗变却大的多，人们在减小开关电源的体积、重量方面做了许许多多的改进。

上世纪六十年代，开关电源的问世，使其逐步取代了线性稳压电源和SCR 相控电源，四十多年来开关电源技术有了飞速的发展和变化，尽力功率半导体器件，高频化和软开关技术，开关电源系统的集成技术三个发展阶段。

功率半导体器件从双极型器件（BPT/SCR/GTO）发展为MOS型器件（功率MOSFET、IGBT、IGCT）,使电力电子系统可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路更为简单。

自上世纪八十年代开始，高频化和软开关技术的发展，是功率变换器性能更好，重量更轻，尺寸更小，高频化和软开关技术是过去二十年国际电力电子界研究的热点之一。

自上世纪九十年代中期，集成电力电子系统和集成电力电子模块(IPEM)技术开始发展，它是当今国际电力电子亟待解决的新问题之一。

国内外研究现状：对于开关电源主电路拓扑的研究现在已经特别成熟，按照转换类型可以大致分为AC-DC(整流)、DC-AC(逆变)、AC-AC(变压)、DC-DC(直流-直流变换)。

开关电源主要组成部分是DC-DC变换器。

因为他是变换的核心，涉及频率变换【2】
目前，开关电源的发展技术有：功率半导体器件、软开关技术、控制技术、有源功率因素校正技术。

高频磁元件、饱和电感的应用、分布电源、电源智能化技术、开关电源的EMI和EMC。

本人针对变压器变压器的工作方式的探究，对变压器的工作方式展开了不少的研究，也取得了一定的成果。

文献【3】通过采用电感电流不连续的模式DCM{Discontinuous Inductor Current Mode}下对变压器的实验研究得出以下结论。

[1]在DCM状态中，在开关导通期间，初级电感值Lp相对之前较低。

使Ip 急剧上升，增加了绕组损耗和输入滤波器电容器的纹波电流，导致能量完全转移中波形具有较高的原边峰值电流。

{2}初级电感Lp最大值与变压器损耗最小值是一致的，在DCM方式时，只能通过增大气隙，降低Lp的值，来使变压器满足设计。

{3}在设计时原副边绕组每组伏数应保持相同，特别是注意，如果Lp太大，电流斜率上升小，Ton时间又短，可能在Ton结束时，电流上升不大，电路可能会出现没能力去传递所需功率的现象，为了使伏秒平衡可适当的减小Lp。

文献【4】基于一般反激式变换器存在变压器漏感和和开关电源寄电容，在开关管漏端会产生很大的反激电压，增加了开关电压电流交叠损耗和系统的EMI 噪声。

且在轻载下，控制器的效率会进一步降低。

由此设计出了一款反激式多模式准谐振变换器得出以下成果。

(1)在准谐振模式下，系统通过检测开关管漏感电压的谷底来实现开关管的导通，从而实现零电压或最小电压开通。

提高了效率。

(2)在开关电源中系统的前馈反馈可以有效的减少系统输入对输出的影响，并改善系统的稳态和动态响应，一般前馈控制的基本原理是根据输入电压值来改变锯齿波的幅度，而达到要求控制的占空比。

文献【5】与【6】主要就多输入反激DC-DC变换器的能量管理及两种控制方式在同一电路中工作时的情况以及两种控制方式下电路工作模式进行对比分析，但是，该变换器属于分时控制的变换器。

它也有分时控制变换器的各种缺点。

即在同一时刻值同意单通道输入供电，当两路以上输入电源对负载进行供电时，控制比较难实现。

同时该类变换器开关管的电压应力比较高，限制了开关管的选择每增加一个输入，该变换器的变压器就要相应的增加一个原边绕组，会增大变压器体积和损耗。

文件【7】系统的总结了UC3842芯片各个管脚的功能及作用和机构框图
UC3842的内部结构
(1) 5 V 基准电源：内部电源，经衰减得到 2.5 V 作为误差比较器的比较基准。

该电源还可以提供外部 5V/50 mA。

(2) 振荡器：产生方波振荡。

T 接在④、REF⑧脚之间， R V
CT 接④、GND⑤之间。

频率 f=1.8/(CTRT), 最大为 500 kHz。

(3) 误差放大器：由 VFB 端输入的反馈电压和 2.5 V 做比较，误差电压 COMP 用于调节脉冲宽度。

COMP 端引出接外部 RC 网络，以改变增益和频率特性。

(4) 输出电路：图腾柱输出结构，电路 1A，驱动 MOS 管及双极型晶体管。

(5) 电流取样比较器：③脚 ISENSE 用于检测开关管电流，可以用电阻或电流互感器采样， VISENSE>1 V 时，当关闭输出脉冲，使开关管关断。

这实际上是一个过流保护电路。

开通阈值 16 V，关闭阈值 10 V，
(6) 欠压锁定电路 VVLO：具有滞回特性。

(7) PWM 锁存电路：保证每一个控制脉冲作用不超过一个脉冲周期，即所谓逐脉冲控制。

另外，VCC 与GND之间的稳压管用于保护，防止器件损坏。

(8) 图腾柱输出电路(Totem Pole)：上晶体管导通下晶体管截止，输出高电平；下晶体管导通上晶体管截止，输出低电平；上下两晶体管均截止，则输出为高阻态。

文件【8】进行反激式开关电源的设计，以下为各个模块的电路设计电路图：
图2 UC3842控制芯片电路图
图1 反激电路主电路
课题技术的关键点：
（1）变压器原理的设计，通过一定的计算设计出符合要求的基本参数。

（2）开关管、副边整流二极管，整流二极管的选择。

（3）电路的设计，掌握反激变换器的主电路，控制电路，反激电路的设计原理。

（4）控制芯片的选择，对芯片参数的设定。

（5）变压器样机的制作。

（6）电路开闭环的反真及波形图测量。

课题研究的内容：
本课题主要通过对反激式变换器电压部分的理论计算，结合有限元件的反真，对在DCM模式下反激变换器的原理进行一系列的研究。

最终设计出符合要求的反激式变换器。

（1）学习掌握反激式变换器的主要工作原理。

（2）学习mathcad软件的基本使用方法及编程规则，利用该软件编写MCD 模式下反击变压器参数计算。

（3）完成反激式变换器电路的电路原理图设计、电路参数仿真、元器件参数分析计算，完成电路焊接、电路参数的测试。

（4）对设计好的反激电路进行调试，对实验数据进行理论分析并与仿真和理论分析进行比较。

参考文献:
（1）操敏, 反激式变换器的原理设计及应用 [J].社会论文2012。

（2）翁贻坊，自动控制理论[M]，第四版2006。

（3）王兆安，黄俊．电力电子技术 [M]．第5版，北京：机械工业出版社．2009。

（4）宗强, 多模式PWM反激式变换器的设计[D].浙江大学信息学院,硕士论文。

（5）王兆坤, 双输入反激DC/DC变换器的研究[D].硕士学位论文,南京航空航天大学.2009。

（6）韩璐, 双输入反激DC/DC变换器的研究[D].硕士学位论文,南京航空航天大学.2008。

（7）余珊《《电力电子装置及应用》》课程设计[J].福州大学.2015。

（8）张杰新型双输入反激DC/DC变换器的研究,硕士学位论文，2010。

（9）Wang Xueso，Zhao Zhengming，Yuan Liqiang．Conducted EMI reduction in IGBT-based converters[C]//Proceedings of Asia-Pacific Symposium on Electromagnetic Compatibility．Beijing，China：APEMC，2010：230-234。

（10）Rengang Chen，van Wyk, J.D.，Shuo Wang，Odendaal, W.G.。