双管正激同步整流变换器
双管正激同步整流变换器的研究
关键词：开关电源
双管正激
电流型控制
同步整流
I
Abstract
The operation of two- Transistor forward converter toponology and current control mode are discussed in this paper.The advantage and the drawback of the toponology are introduced. Using state-space averaging method this paper deduces the TTFC’ s small signal mode.Based on it the voltage control mode and current control mode are analyzed and compared. With the development of power electronical converters’ s application in telecom system ,converters with low output voltage and large output current become more and more important. R ectifying stage with diode or sckotty diode can’ t meet the needs of higher efficiency and lower size because forward drop of rectifier is great and rectifying dissipation is great in power converter.New generation of Power MOSFET has became the rectifying component due to the advantage of its low conduction resistance.The operation of synchronous rectification,the methods of driving the rectifying MOSFET and the application of synchronous rectification in kinds of toponologies are also
一种新颖的ZVZCS双管正激变换器
一种新颖的ZVZCS双管正激变换器零电流零电压开关双管正激有源钳位1背景介绍在中小功率应用场合，正激功率变换器因其具有结构简单等特性而具有较大的优势。
为了减少主开关管上面的电压应力，提出了双管正激变换器。
但是，传统的双管正激变换器的占空比不能超过50%，从而阻碍了该变换器更进一步的应用。
文献[1-10]提出了主动钳位、谐振复位等方法来解决占空比限制的问题，然而上述文献中并没有实现双管正激变换器的全软开关。
随着电力电子技术的不断提高，IGBT在大功率高电压功率变换器中的应用越来越多，因此，零电流开关也越来越重要。
本文提出的变换器既解决了传统双管正激变换器占空比50%的局限问题，又使得主开关管以及变压器副边二极管实现了电压、电流软开关。
图1 ZVZCS双管正激变换器图2 变换器工作波形2工作原理图1是本文提出的开关双管正激变换器原理图。
该电路中双管正激部分用来给负载传递能量，变压器原边的有源钳位电路用来实现主开关管S1和S2的零电压开关以及变压器的复位，副边的谐振电路用来实现主开关管和副边二极管的零电流开关。
图2给出了各个开关管的开关信号和电压、电流波形。
从图2中可以看出，该电路每个工作周期可以分成9个阶段，每个阶段的等效电路由图3给出。
为了简化说明，该电路各个阶段的过渡过程所用时间均适当的放大。
9个工作阶段的工作描述如下：图3 各阶段等效电路图图4 输出滤波电感上两端电压(1)零电流关断阶段（t1~t5）：在t1时刻S4开通，由此引发了Lr和Cr的谐振开始，电流ir流过Lr、Cr、S4，并从零开始增加。
在电流iLr到达最高值之后开始下降，最终反向流过Da、Cr、Lr。
在该阶段中，主开关管S1和S2上面的电流与iLr保持同步，既先上升然后下降。
t3时刻，反向的谐振电流iLr供给负载能量，而谐振电容Cr上面的电压大于Vm/n的电压，因此整流二极管Dr反向阻断，变压器原边不给副边提供能量，输入电流基本为零。
双管正激变换器
双管正激变换器
作者：时间：2007-12-11 来源:电子元器件网浏览评论推荐给好友我有问题个性化定制关键词：正激变换器电源
图1为双管正激变换器主电路，其变压器二次侧电路和单管正激变换器一样，但一次绕组与S1、S2（两个开关晶体管）串联，S1、S2在PWM脉冲作用下同时导通或关断，在每个晶体开关管和一次绕组之间，各并联一个续流二极管VD1、VD2，使得S1、S2关断时，变压器储能有一个释放通路，经过VD1、VD2回馈到直流输入电源。
因此双管正激变换器无需另加磁复位措施。
VD1、VD2还起钳位作用，将S1、S2承受的电压钳位于输入电压V i。
图１双管正激变换器
有的文献称这种电路为混合桥式(Hybrid bridge)电路，其中S1、VD2组成一个桥臂，VD1、S2组成另一个桥臂。
双管正激变换器可应用于较高电压输入（例如V i=800V或1000V）、较大功率输出场合（例如10KW）。
每个开关管承受的最大电压为V i。
和单管正激变换器相比，开关管承受的电压应力降低一半。
100W双管正激变换器设计
1 绪论随着计算机、电子技术的高速发展，电子技术的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。
任何电子设备都离不开可靠的电源，他们对电源的要求也越来越高。
电子设备的小型化和低成本化，使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。
1．1 开关电源的发展开关电源被誉为高效节能电源，代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。
开关电源分为DC/DC和AC/DC两大类。
前者输出质量较高的直流电，后者输出质量较高的交流电。
开关电源的核心是电力电子变换器。
按转换电能的种类，可分为直流-直流变换器（DC/DC变换器），是将一种直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器[1]；逆变器，是将直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器；整流器是将交流电转换成直流电的电能变换器和交交变频器[18]四种。
传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。
这种传统稳压电源技术比较成熟，并且已有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点。
但通常需要体积大而且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。
由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有百分之四十五左右[16]。
另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备发展的要求。
20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭开发了开关电源。
在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制作的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。
到了20世纪90年代，开关电源在电子、电气设备、家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展时期。
开关型稳压电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。
用二极管整流的正激变换器简介
用二极管整流的正激变换器简介
用二极管整流的正激变换器
（1）、变压器复位选择
在讨论同步整流之前，看看用二极管整流的正激变换器是有意义的，正激拓扑基本的功率级示于图1。
这里有几种可能的复位方法示于图2。
这些技术都是要使变压器磁化电流在主开关Q1关断时复位。
方法及磁化电流幅度复位是不同的。
通过谐振电容的反向磁化电流幅度起始要等于Q1的Coss加上DF的结电容。
该负向值要等于峰峰磁化电流的一半。
R-C-D箝位与之非常相似，除非它是箝制电压，其能驱动变压器的反向磁化电流。
因此，在R-C-D箝制中，磁化电流将在正、负峰值之间循环，而不必让其磁化电流一半的峰-峰值相等。
传统的第三绕组复位技术，磁化电流首先由其复位到0，但在磁化电感及Q1的Coss之间的谐振将驱动磁化电流的反向，该反向的磁化电流将在同步整流工作于正激拓扑时起到重要作用。
在R-C-D箝位的正激变换器中，初级MOSFET Q1的源漏电压波形及变压器磁化电流波形示于图3。
图3 一次MOS漏源电压和变压器磁化电流波形
两个时段内的实际状态让我们感兴趣。
第一个时段从t1到t2，此刻变压器漏感与初级侧的电容谐振。
其次时段从t5到t0。
在t1初级MOSFET漏电压达到输入电压。
在此时，二次侧电流流过正向二极管DF，并且变压器初级及次级绕组两者都是0电压。
t1之后，回流DR。
双管正激同步整流变换器
本科毕业设计（论文）双管正激同步整流变换器***燕山大学2012年6月本科毕业设计（论文）双管正激同步整流变换器学院（系）：里仁学院专业：08应电2班学生姓名：***学号：***指导教师：***答辩日期：2012/6/17燕山大学毕业设计（论文）任务书Abstract摘要随着电力电子变换器在通讯系统的广泛应用，低压大电流功率变换器成为一个重要的研究方向。
文章详细介绍了双管正激变换器的拓扑结构及工作原理，阐述了其拓扑结构的特点。
利用状态空间平均法推导出该变换器的小信号模型，以此为基础设计出电压控制模式的闭环设计思想，并指出了如何进行反馈补偿器的设计。
本文采用电压型控制，对该控制方案做了详细的分析和设计。
对于高频整流环节，由于传统的二极管整流电路正向压降大而导致损耗大，极大地影响整个变换器的工作效率，而无法满足低电压大电流开关电源高效率、小体积的需要。
新一代的功率MOSFET由于具有导通电阻极低的特点而成为低电压大限流功率变换器的首选整流器件。
本文介绍了利用功率MOSFET构成同步整流电路的工作原理、驱动方式，并对整流MOSFET的双向导电特性进行了说明。
关键词双管正激；电压型控制；同步整流II摘要With the power electronic converters in communication systems widely used, low-voltage high-current power converters to become an important research direction. The article describes in detail a two-transistor forward converter topology structure and working principle, the characteristics of its topology. State space averaging method to derive the small-signal model of the converter, as the basis for the closed-loop voltage control mode design ideas, and pointed out how the design of feedback compensators. In this paper, voltage control, the control program to do a detailed analysis and design.The link for the high-frequency rectifier, the forward voltage drop of the diode rectifier circuit big lead to loss, which greatly affect the efficiency of the converter, unable to meet the needs of low-voltage high-current switching power supply high efficiency, small volume. A new generation of power MOSFET with low-resistance characteristics to become the preferred deadline flow of low-voltage power converter rectifiers. This article describes the use of power MOSFET synchronous rectifier circuit works, drive way, two-way electrical properties and rectifier MOSFET are described.Keywords tow-transistor forward converter；V oltage mode controlSynchronous rectificationI目录摘要 (VII)Abstract ............................................................................................................. V III 第1章绪论.. (11)1.1开关电源的发展 (11)1.2低电压、大电流的开关电源的开发 (11)1.3本章小结 (13)第2章双管正激的拓扑结构及原理分析 (14)2.1主电路构成 (14)2.2工作原理 (14)2.3电容C的作用 (15)2.4正激变换器的小信号模型的推导与分析 (15)2.5电压型控制 (21)2.6开关电源的频域建模 (22)2.6.1 电气系统建模 (22)2.6.2 系统的稳定性和稳定裕度 (23)2.6.3电压型控制正激变换器 (24)2.6.4 普通误差放大补偿器的设计 (26)2.6.5 极点——零点补偿器 (26)2.7本章小结 (29)第3章同步整流管双向导电特性及整流损耗分析 (30)3.1同步整流技术介绍 (30)3.2肖特基整流管的损耗分析 (30)3.3同步整流的工作原理和特性 (31)3.3.1 同步整流的基本工作原理 (31)3.3.2同步整流管的主要参数 (33)3.4同步整流的驱动方式 (34)3.4.1 外驱动与自驱动同步整流 (34)3.4.2电压型自驱动同步整流 (35)3.4.3 电流型自驱动同步整流 (38)3.5SR的控制时序与同步整流电路 (39)3.6本章小结 (41)第4章主电路及控制电路参数的设计 (42)4.1主电路参数设计 (42)4.2控制电路参数设计 (44)4.3补偿网络(误差放大器) (48)4.4本章小结 (49)第5章实验结果及分析 (50)结论 (53)参考文献 (54)致谢 (55)附录1 (56)附录2 (59)附录3 (62)附录4 (69)附录5 (85)第1章绪论1.1 开关电源的发展按电力电子的习惯称谓，AC-AC称为整流，DC-DC称为逆变，AC-AC 称为交流-交流直接变频，DC-DC称为直流-直流变换器。
双管正激变化器的工作原理
双管正激变化器的工作原理双管正激变化器（Push-Pull Converter）是一种常见的电力电子变换器，可以将直流电能转换为交流电能，通常用于电源供应、驱动电机等场合。
它采用两个互补的开关管对输入电压进行切换，通过周期性的切换来实现直流至交流的转换。
双管正激变化器的工作原理如下：首先，输入电压通过输入电感和滤波电容进行滤波，得到平滑的直流电压。
然后，这个直流电压被输入到双管正激变化器的控制电路中。
控制电路会根据输出负载的需求，控制两个开关管的导通和关断。
当控制电路将一个开关管导通时，另一个开关管则关断。
这样，交替地切换两个开关管，就可以实现正激变化器的工作。
在正激变化器的一个工作周期内，有两个状态：导通状态和关断状态。
在导通状态下，一个开关管导通，另一个开关管关断，此时输入电压通过导通的开关管流入负载。
在关断状态下，两个开关管都关断，此时负载的电流通过输出电感和输出电容维持。
这样，双管正激变化器通过周期性的切换，在输出端产生了一个类似交流电的电压。
双管正激变化器的工作原理可以用以下步骤详细描述：1. 导通状态：当一个开关管导通时，它的导通电阻很小，电流可以流经它。
同时，另一个开关管关断，其导通电阻很大，电流无法流经它。
因此，输入电压通过导通的开关管流入负载。
2. 关断状态：当两个开关管都关断时，它们的导通电阻都很大，电流无法流经它们。
此时，负载的电流会通过输出电感和输出电容维持。
输出电感会储存能量，而输出电容则起到滤波作用，使输出电压更加稳定。
3. 切换过渡：当一个开关管由导通状态切换到关断状态时，由于其导通电阻的变化，会产生一个反向电压。
为了保护开关管，通常会在开关管上串联一个反向二极管，用于接收这个反向电压。
这个二极管被称为“自由轮”二极管，它的作用是提供一个回路，使反向电压能够顺利流回输入电源。
双管正激变化器的工作原理可以简化为以下几个关键步骤：输入电压滤波、开关管导通、开关管关断、自由轮二极管工作。
双管正激变换器电路解说
双管正激变换器電路解說
1、电路拓扑图
2、电路原理
其变压器T1起隔离和变压的作用，在输出端要加一个电感器Lo（续流电感）起能量的储存及传递作用，变压器初级无需再有复位绕组，因为D1、D2的导通限制了两个调整管关断时所承受的电压。
输出回路需有一个整流二极管D3和一个续流二极管D4（其中D3、D4均最好选用恢复时间快的整流管）。
输出滤波电容Co应选择低ESR（等效电阻）大容量，有利于降低纹波电压（当然这对于其它拓扑结构的也是这样要求）。
3、工作特点
a、在任何工作条件下，为使两个调整管所承受的电压不会超过Vs+Vd (Vs：输入电压；
Vd:D1、D2的正向压降，)，D1、D2必须是快恢复管（当然用恢复时间越短越好，我在实际设计和调试中多使用MUR460）。
b、在与单端正激变换器相比，无需复位电路，有利于简化电路和变压器设计；功率器件
可选择较低的耐压值；功率等级也会很大，据我所知现在很多大功率等级的通信电源及电力操作电源都选用了这种电路。
c、两个调整管工作状态一致，同时处通态或断态。
我个人建议在大功率等级电源中选用
此种电路，主要是调整管好选，比如IRFP460、IRFP460A等调整管即可。
4、变压器计算
在实际设计和调试中，与单管正激变换器变换器中变压器设计方法相同，不过省去了复位绕组。
5、输出电感计算
单端正激、双管正激、半桥、推挽、全桥、BUCK等电路设计方法相同。
我实际设计和调试中一般仅以公式计算值作参考，适当的可以调整匝数以达到最佳状态（我个人认为）。
双管正激变换器
２／２０１０
变流器·控制
双管正激变换器
程良涛，邹 娟，李 辉
（华东交通大学，江西 南昌 ３ ３ ０ ０ １ ３ ）
摘 要：从克服双管正激变换器的缺陷以及利用软开关提高电路的效率两个方面对双管正激变换器进行了总
结，在提高电路效率方面提出了一种全新的软开关划分方法。
关键词：双管正激变换器；软开关；模块化
Key words: dual switch forward converter; soft-switching; modularization
０ 引言
双管正激变换器具有开关管电压低、无桥臂直通 危险、可靠性高等优点，广泛应用于中、高功率场合； 但存在变压器工作在第一象限、开关管的工作占空比 通常小于 ０．５、整流输出电压和电流的脉动大、输出端滤 波器的体积大等缺点［１］。现有绝大多数相关文献主要讨 论双管正激变换器缺点的解决方案以及如何利用软开 关提高电路效率的问题。从提高电路效率方面考虑，双 管正激变换器软开关以往被分为无源辅助电路式、有 源辅助电路式以及无需辅助电路式３ 种。本文对现有文 献进行了分析和评价，提出了一种模块化划分软开关 的新方法。
导通电流；图１２和图１３所示电路
中增加了一个辅助开关管［１１～１３］，
以避免Ｌ Ｃ 电路的谐振电流流经
主开关管，同时也增加了电路的 图 ８ Ｌ Ｃ Ｄ Ｄ 模块
控制难度。
Ｆｉｇ．８ ＬＣＤＤ ｍｏｄｕｌｅ
图 １１ ＬＣＤ 箝位式双管正激变换器
Ｆｉｇ．１１ ＬＣＤ ｃｌａｍｐｅｄ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
电路的工作过程：当开关管 Ｓ１ 和Ｓ２ 同时导通时，电容Ｃ１
和 Ｃ２ 与 Ｄ５、Ｄ６、Ｌ 及变压器一次侧绕组构成充电回路，Ｃ１
高效率双管正激变换器的研究 开题报告要点
高效率双管正激变换器的研究一、课题来源、意义、目的、国内外概况与预测如何提高电能的利用率一直是电力电子领域最为重要的研究方向，而且必将成为未来该领域研究热点，并在某种程度上决定电力电子技术未来的兴衰命运。
DC/DC 变换技术一直是开关电源技术的重点，也是开关电源技术发展的基础。
DC/DC 变换是开关电源的基本单元，其他各种形式的变换电路都是DC/DC 变换电路的演变。
DC/DC 变换技术的发展伴随着开关电源技术发展，也是发展最快的电源变换技术之一。
所以，研究高效率DC/DC 变换器对电力电子技术的发展具有重要意义。
在各种隔离式DC/DC 变换器中,单管正激变换器由于具有电路结构简单、成本较低、输出电流大、工作可靠性高等优点而广泛应用于中小功率变换场合，更成为低压大电流功率变换器的首选拓扑结构。
但由于主开关管电压应力较大而不适合输入电压高的场合。
传统双管正激变换电路使得正激电路的主开关电压应力减小了一半左右，但是受复位机制的限制，它的工作占空比只能小于0.5，不适合电压范围较宽的场合。
且开关管工作在硬开关状态下，开关损耗大，在不断追求高频化的今天，显得不合时宜。
本着最大可能提高电路效率的原则，本文着重研究了一种高效率双管正激变换器。
目前，通常采用的磁复位方法主要有以下几种： (1) 采用辅助绕组复位； (2) 采用RCD 复位； (3) 采用LCD 复位； (4) 采用谐振复位； (5) 采用有源钳位复位。
1、辅助绕组复位正激变换器VOV图一所示的单端正激变换器的隔离变压器有三个绕组：一次绕组1N 、二次绕组2N 和去磁绕组3N 。
在on T 时间内，T 导通，2D 导通，1D 、3D 截止，电源向负载传递能量，此时，磁通增量为11(/)(/)D on D S V N T V N DT ∆Φ=⋅=⋅，输出电压为21/o D v N N V =⋅。
在随后的off T 时间内，T 阻断，2D 截止，1D 导通续流，3D 导通向电源回馈能量。
正激同步整流变换器分析
正激同步整流变换器分析摘要：同步整流技术的广泛应用促进了低电压大电流技术的发展，但是，使用同步整流技术会造成开关电源在轻载情况下的低效率问题。
以正激式同步整流变换器为例，从电感电流连续和断续两种状态，分析了轻载工况下的工作情况。
关键词：同步整流；CCM；DCM；环路电流；振铃O 引言随着计算机、通讯和网络技术的迅猛发展，低压大电流DC/DC变换器成为目前一个重要的研究课题。
传统的二极管或肖特基二极管整流方式，由于正向导通压降大，整流损耗成为变换器的主要损耗。
功率MOSFET导通电阻低、开关时间短、输入阻抗高，成为低压大电流功率变换器首选的整流器件。
根据MOSFET的控制特点，应运而生了同步整流(Synchronous rectification，SR)这一新型的整流技术。
1 同步整流正激变换器图l给出的是一种电压自驱动同步整流正激变换器，图l中两个与变压器耦合的分离辅助绕组N4、N5用来分别驱动两个同步整流管S201、S202。
当主开关管导通时，变压器副边绕组上正下负，S201栅极电压为高，导通整流；主开关管截止时，副边绕组下正上负，续流S202栅极为高，导通续流。
正激变换器中，同步整流S201的运行情况与变压器磁复位方式有关。
如果采用如图1所示的辅助绕组复位电路，在复位结束过程之后，变压器电压保持为零的死区时间内，输出电流流经续流同步整流管S202，但是S202栅极无驱动电压，所以输出电流必须流经S202的体二极管。
M0SFET体二极管的正向导通电压高，反向恢复特性差，导通损耗非常大，这就使采用MOSFET整流的优势大打折扣，为了解决这一问题，较为简单的做法是在S202的漏极和源极之间并联一个肖特基二极管D201，在S202截止的时间内，代替S202的体二极管续流，这一方法增加的元件不多，线路简单，也很实用。
为了优化驱动波形，可以采用分离的辅助绕组来分别驱动两个同步整流管，比起传统的副边绕组直接驱动的同步整流变换器来说，这种驱动方式无工作电流通过驱动绕组，因此不需要建立输出电流的时间，MOSFET能够迅速开通，开通时的死区时间即体二极管导通的时间减少了一半。
「开关电源电路分析」双管正激同步整流直驱电路分析
「开关电源电路分析」双管正激同步整流直驱电路分析双管正激同步整流直驱电路分析双管正激变换器电路图如图1 所示。
双管正激变换器结构简单，由开关管VT1、VT2，二极管D1、D2；同步整流管SR1、SR2，变压器，电感L，电容C和负载R组成。
图1 双管正激直驱同步整流电路双管正激直驱同步整流主要波形图电路图双管正激同步整流变换器各点的波形和工作过程如图2 所示。
当双管正激变换器工作在电感电流连续导电模式时，在一个开关周期中，双管正激变换器可以分为三个工作过程。
(1) 第一阶段(t0~t1)：在t0时刻，开关管VT1、VT2导通，流过的电流为次级折算到初级电流和励磁电流之和，即iN1=IO/n+im变压器原边绕组的电压为上正下负，D1、D2截止，每个二极管承受电压为Vi；与其耦合的副边绕组电压也为上正下负，且uN2=Vi/ n，SR1栅极电压为Vi/n，SR1导通；SR2的栅源电压Vds1为负值，(Vds1为SR1的导通压降，Vds1值很小可以近似为零)SR2关断，SR2漏源承受的电压为Vi/n。
电感电流线性上升，上升率为(Vi/n-VO)/L。
流过二极管SR1和L的电流相等，流过最大电流为Vo/(nRo,min)。
输入电能通过同步整流SR1传递给负载，同时将部分能量储存在输出回路中的储能电感L中，直到t1时刻，开关管VT1、VT2关断；(2) 第二阶段(t1~t2)：t1时刻，VT1、VT2关断后，每个开关管两端所承受的电压为Vi。
原边绕组电压为上负下正，D1、D2导通，存储在漏感中的所有能量通过两个二极管D1、D2回馈给电源，流过D1、D2的电流为励磁电流。
副边绕组电压为上负下正，且uN2=-Vi/n，SR2栅源电压为Vi/ n，SR2导通，流过SR2和L的电流相等；SR1栅极电压为负，SR1关断，承受的反向电压为Vi/n。
此时，储能电感L将储存的磁能变为电能，通过同步续流管SR2继续向负载供电。
100W双管正激变换器设计
1绪论随着计算机、电子技术的高速发展，电子技术的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。
任何电子设备都离不开可靠的电源，他们对电源的要求也越来越高。
电子设备的小型化和低成本化，使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。
1．1开关电源的发展开关电源被誉为高效节能电源，代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。
开关电源分为DC/DC和AC/DC两大类。
前者输出质量较高的直流电，后者输出质量较高的交流电。
开关电源的核心是电力电子变换器。
按转换电能的种类，可分为直流-直流变换器（DC/DC变换器），是将一种直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器[1]；逆变器，是将直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器；整流器是将交流电转换成直流电的电能变换器和交交变频器[18]四种。
传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。
这种传统稳压电源技术比较成熟，并且已有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点。
但通常需要体积大而且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。
因为调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有百分之四十五左右[16]。
另外，因为调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备发展的要求。
20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭开发了开关电源。
在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制作的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。
到了20世纪90年代，开关电源在电子、电气设备、家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展时期。
开关型稳压电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。
高效率双管正激变换器的研究
华中科技大学硕士学位论文高效率双管正激变换器的研究姓名：吴琼申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：熊蕊20070210摘要高功率密度、高可靠性和高稳定性是现代电力电子功率变换器不断追求的目标。
双管正激变换器作为一种主要的电力电子功率变换器，由于其开关电压应力低，具有内在抗桥臂直通的能力可靠性高等优点，使得它在通信电源、焊接电源、计算机电源等很多领域都得到了广泛的应用。
本文旨在不增加原主电路和控制电路复杂性的基础上，从变压器原边主开关管驱动方式和副边整流电路两个方面，对传统双管正激电路做出改进，提高电路的效率。
文章对改进后电路的工作过程及具体应用时遇到的问题做出了分析，给出了解决方案。
与传统电路相比，改进后的电路控制电路得到了简化，两个主开关管中的一个能够工作在零电流开通和零电流关断状态，同步整流电路克服了死区和轻载环路电流的影响，电路的整体性能得到了提高。
实验过程中利用峰值电流型PWM控制芯片UC2845，制作了一台15V/300W的样机，实验证明样机工作稳定，各种保护功能完备，改进后的双管正激电路较传统电路效率提高3～4个百分点，整机满载效率最高可达88％。
关键字：双管正激电压自驱动同步整流门极电荷保持环路电流AbstractHigh power density as well as high reliability has always been the goal to pursue in the field of modern electric power converters. As one kind of the modern electric power converters, two transistor forward converter has many attractive characteristics, such as low switch voltage stress, inherent anti-break-through capability, and high reliability. It becomes one of the most widely used topology in the industrial application, especially in the telecommunication energy systems, welding machines and computer power supply.Based on driven approach of main power switch in the primary side of the transformer and rectifier circuit, this paper aims at not increasing the complexity of the main circuit and control circuit of origin, to improve the traditional two transistor forward converter and enhance the efficiency of circuit. The paper made analysis of the process of improved circuit and the specific problems encountered by the application and gave the solutions of the pared with the traditional circuit, the control circuit of the improved converter has been modified to streamline, one of the two main switches can work in a ZCS state, synchronous rectifier circuit can overcome the dead zone and light load loop current, and the circuit's overall performance has been enhanced.Using the current mode PWM controller, a 15V/300W power system was developed during the experiment by the author. The experiment proved stable jobs of the system and simplifying control circuit (similar with the Forward circuit).The circuit improved 3-4 percentage points more efficient than traditional circuit, with the maximum efficiency of 88% of full load.Keywords: t wo transistor forward converter self voltage drivensynchronous rectification gate charge retentioncirculating current独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
改进型双管正激电源变换器的仿真及设计
原边 主开关 管驱 动方 式 和 副 边整 流 电路 两个 方 面 ，
对传 统双 管正激 电路做 出改 进 ， 将两 个 开 关 管 分 成 主管和辅 管 ， 管 为主管 利 用 Ｐ 下 ＷＭ 芯 片 直接 驱 动 ， 上管为 辅管利 用 主变压 器辅助 绕组 上 的电压实 现 自 驱动 ， 同时辅 管工 作 在零 电流 开 通 和零 电流关 断状 态 ， 利 于电路 整流效 率 的提高 。实验证 明 ， 有 电路 简
图 ３ 额 定 输 入 下 满 载 输 出 电 压 波 形
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收 稿 日期 ：２ １ －７２ ０ １０ －１
３ 同 步 整流 原 理分 析
图 ２所 示 为 一 种 自绕 组 驱 动 同 步 整 流 电 路 ， ＭＯ Ｓ管 的驱动是 通过 变压 器 副 边绕 组 实 现 的 ， 当原 边开关 管 Ｑ 开 通 时 ， ， 副边 绕 组感 应 出 电压 ， 时 ｓ 此 ：
率 。
４ 双 管 正 激 同 步 整 流 电流 仿 真 分 析
利用 ｓｂ ｒ 件对 主 电路 进 行 开 环仿 真 。主 电 ａｅ 软 路 所 用 参 数 ： 入 电压 ：５—１０ ５ Ｈ ， 出 电压 输 ９ ５ Ｖ，０ ｚ 输
３０ ， ０ Ｗ 得相 关 波形如 图 ４所示
电 流 ： ５ ２ Ａ， 开 关 频 率 ： ０ Ｈ ， 出 功 率 ： １ Ｖ， ０ ５ｋ ｚ 输 。
第 ３ １卷 第 ３期
２１ ０ ２年 ７月
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本科毕业设计（论文）双管正激同步整流变换器***燕山大学2012年6月本科毕业设计（论文）双管正激同步整流变换器学院（系）：里仁学院专业：08应电2班学生姓名：***学号：***指导教师：***答辩日期：2012/6/17燕山大学毕业设计（论文）任务书Abstract摘要随着电力电子变换器在通讯系统的广泛应用，低压大电流功率变换器成为一个重要的研究方向。
文章详细介绍了双管正激变换器的拓扑结构及工作原理，阐述了其拓扑结构的特点。
利用状态空间平均法推导出该变换器的小信号模型，以此为基础设计出电压控制模式的闭环设计思想，并指出了如何进行反馈补偿器的设计。
本文采用电压型控制，对该控制方案做了详细的分析和设计。
对于高频整流环节，由于传统的二极管整流电路正向压降大而导致损耗大，极大地影响整个变换器的工作效率，而无法满足低电压大电流开关电源高效率、小体积的需要。
新一代的功率MOSFET由于具有导通电阻极低的特点而成为低电压大限流功率变换器的首选整流器件。
本文介绍了利用功率MOSFET构成同步整流电路的工作原理、驱动方式，并对整流MOSFET的双向导电特性进行了说明。
关键词双管正激；电压型控制；同步整流II摘要With the power electronic converters in communication systems widely used, low-voltage high-current power converters to become an important research direction. The article describes in detail a two-transistor forward converter topology structure and working principle, the characteristics of its topology. State space averaging method to derive the small-signal model of the converter, as the basis for the closed-loop voltage control mode design ideas, and pointed out how the design of feedback compensators. In this paper, voltage control, the control program to do a detailed analysis and design.The link for the high-frequency rectifier, the forward voltage drop of the diode rectifier circuit big lead to loss, which greatly affect the efficiency of the converter, unable to meet the needs of low-voltage high-current switching power supply high efficiency, small volume. A new generation of power MOSFET with low-resistance characteristics to become the preferred deadline flow of low-voltage power converter rectifiers. This article describes the use of power MOSFET synchronous rectifier circuit works, drive way, two-way electrical properties and rectifier MOSFET are described.Keywords tow-transistor forward converter；V oltage mode controlSynchronous rectificationI目录摘要 (VII)Abstract ............................................................................................................. V III 第1章绪论.. (11)1.1开关电源的发展 (11)1.2低电压、大电流的开关电源的开发 (11)1.3本章小结 (13)第2章双管正激的拓扑结构及原理分析 (14)2.1主电路构成 (14)2.2工作原理 (14)2.3电容C的作用 (15)2.4正激变换器的小信号模型的推导与分析 (15)2.5电压型控制 (21)2.6开关电源的频域建模 (22)2.6.1 电气系统建模 (22)2.6.2 系统的稳定性和稳定裕度 (23)2.6.3电压型控制正激变换器 (24)2.6.4 普通误差放大补偿器的设计 (26)2.6.5 极点——零点补偿器 (26)2.7本章小结 (29)第3章同步整流管双向导电特性及整流损耗分析 (30)3.1同步整流技术介绍 (30)3.2肖特基整流管的损耗分析 (30)3.3同步整流的工作原理和特性 (31)3.3.1 同步整流的基本工作原理 (31)3.3.2同步整流管的主要参数 (33)3.4同步整流的驱动方式 (34)3.4.1 外驱动与自驱动同步整流 (34)3.4.2电压型自驱动同步整流 (35)3.4.3 电流型自驱动同步整流 (38)3.5SR的控制时序与同步整流电路 (39)3.6本章小结 (41)第4章主电路及控制电路参数的设计 (42)4.1主电路参数设计 (42)4.2控制电路参数设计 (44)4.3补偿网络(误差放大器) (48)4.4本章小结 (49)第5章实验结果及分析 (50)结论 (53)参考文献 (54)致谢 (55)附录1 (56)附录2 (59)附录3 (62)附录4 (69)附录5 (85)第1章绪论1.1 开关电源的发展按电力电子的习惯称谓，AC-AC称为整流，DC-DC称为逆变，AC-AC 称为交流-交流直接变频，DC-DC称为直流-直流变换器。
为达到转换目的，手段是多样的。
20世纪60年代前，研发了半导体器件，并以此器件为主实现这些转换。
电力电子科学从此形成并有了近30年的迅速发展。
所以，广义地说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成为另一形态的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称为开关电源（switching power supply）。
开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，因为它是转换的核心，涉及频率变换。
目前DC-DC变换中所用的频率提高最快，它在提高频率中碰到的开关过程、损失机制，为提高效率而采用的方法，也可作为其他转换方法参考。
本文研究的对象为双管正激变换器，它是一种直流功率变换器，直流功率变换器按输入与输出之间是否有电气隔离可分为两类：非隔离直流变换器和隔离直流变换器。
隔离直流变换器通常是在非隔离变换器拓扑的基础上，加入变压器实现输入输出间的电气隔离。
1.2低电压、大电流的开关电源的开发（1）低电压、大电流变换器的要求数据处理系统的速度和效率日益提高，新一代微处理器的逻辑电压低达1.1-1.8V，而电流50-100A，其供电电源——低电压、大电流输出DC-DC变换器模块，又称为电压调整器模块（VRM）。
新一代未处理器对VRM的要求是：输出电压很低，输出电流大，电流变化率高，响应快等。
（2）双管正激电路的特点及发展现状单管正激式和反激式开关电源的高频变压器只工作在磁滞回线的第一象限，只有单一方向的磁通，利用率不高；推挽式电路的按对称转换的原则工作，两个开关管轮流导通，磁芯双向磁化，但是每一时刻原边只有一个绕组有电流流过，绕组的利用率和效率较低，如果副边绕组也带中心抽头，则燕山大学本科生毕业设计（论文）绕组利用率更低；半桥式变换器的开关管在开关时开关电压值减小为直流输入的一半，但与推挽式变换器相比，输出相同的功率，开关管导通时的电流增加了一倍；全桥式变换器的变压器与半桥式变换器一样都工作于一、三象限，磁芯双向磁化，变压器的利用率较高，理论上开关管电压应力为输入电压，输出相同功率，开关管流过的电流为半桥式变换器的一半，因而可以应用在较大功率的场合。
但是推挽式、半桥式、全桥式变换器均存在变压器磁通不平衡即直流偏磁问题，这是由开关管的开关特性差异或驱动的不对称引起的，需要采用电流型控制策略或在变压器初级串入一隔直电容加以抑制。
双管正激变换器由于结构简单、可靠性好、成本低廉、在工业领域的大中小功率场合得到了广泛的应用。
双管正激变换器把两只开关管串接起来使用，变压器原边串接在两个功率管中间，并在两个功率开关管与变压器两端并联一个二极管，使开关管上承受的电压为输入电压的1/2，降低了开关管的电压应力，较单管正激变换器相比更适应与输出大功率场合，而且其磁复位也比单管正激变换器容易。
而和反激变换器相比，其变压器不再起点感作用，而是一个完全意义上的变压器，只起输入输出隔离和电压变化的作用，只储存激磁所需的少量能量。
双管正激变换器的自身结构可以看作是有一个开关管跟一个二极管串联组成的两个桥臂构成，所以不存在桥臂直通的问题，相对于全桥、半桥变换器来说可靠性好。
随着DC-DC变换器技术的发展，软开关、谐振变换技术的应用，DC-DC 变换器电路的工作方式，从最初的硬开关PWM式，向谐振式和谐振PWM 式方向发展。
每一种工作方式都有它的优点和不足，往往适用于某一种或应用场合。
正激变换电路适用于小功率DC-DC变换器中，而且其控制方便等优点而得到广泛的应用。
（3）同步整流在开关电源中的应用随着超大规模集成电路的集成度越来越来高、尺寸不断减小、工作频率不断提高和功耗不断降低，其供电电源的电压也随之要求越来越低、电流却不断增大。
例如新一代高速数据处理系统要求电源输出80-100A，0.8-1.2V。
输出电压为3-5V的DC-DC开关变换器，一般采用肖特基势垒二极管作为输出整流管，由于材料物理特性和制造工艺水平的限制，其正向压降约第1章绪论为0.3-0.6V、甚至达到1V，大电流时的通态功耗很大在输出电压低于3V的开关变换器的总损耗中将占主要比重，例如可能达到50%。
而现代高速集成电路的电源电压，以降低到几乎可以和SBD正向电压科比的程度。