双管正激同步整流变换器的研究
双管正激输出同步整流电路[实用新型专利]
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202021512548.1(22)申请日 2020.07.27(73)专利权人 武汉海德博创科技有限公司地址 430000 湖北省武汉市东湖新技术开发区高新大道999号武汉新能源研究院大楼G2-1012(72)发明人 赵勇兵 段双意 夏华东 (74)专利代理机构 武汉经世知识产权代理事务所(普通合伙) 42254代理人 马君胜(51)Int.Cl.H02M 3/335(2006.01)H02M 7/217(2006.01)H02M 1/32(2007.01)(54)实用新型名称双管正激输出同步整流电路(57)摘要本实用新型涉及一种双管正激输出同步整流电路，包括：主变压器，所述主变压器包括：初级绕组和次级绕组；初级逆变单元，初级逆变单元包括：与初级绕组相连接的第一整流管和第二整流管、与第一整流管和第二整流管相连接的第一二极管和第二二极管；次级整流单元，次级整流单元包括：依次与次级绕组相连接的第三整流管、第四整流管和第五整流管、连接于所述第五整流管两端的调配电容，以及，第三二极管；以及，滤波单元。
由于肖特基二极管无恢复时间，所以在死区时间里第一整流管的寄生二极管导通不会造成主变压器的次级绕组短时短路，因此也不会产生电流、电压尖峰,拓扑的可靠性、自兼容性和电磁兼容性相比普通同步整流电路更佳。
权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 212392810 U 2021.01.22C N 212392810U1.一种双管正激输出同步整流电路，其特征在于，包括：主变压器，所述主变压器包括：初级绕组和次级绕组；与电压输入端相连接的初级逆变单元，所述初级逆变单元包括：与所述初级绕组相连接的第一整流管和第二整流管、与所述第一整流管和第二整流管相连接的第一二极管和第二二极管；与所述次级绕组相连接的次级整流单元，所述次级整流单元包括：依次与所述次级绕组相连接的第三整流管、第四整流管和第五整流管、连接于所述第五整流管两端的调配电容，以及，一端连接于所述第三整流管、另一端连接于所述第五整流管的第三二极管；以及，连接于所述第三二极管相连接的滤波单元。
一种基于SG3525控制的双管正激变换器
一种基于SG3525控制的双管正激变换器
引言
双管正激变换器由于具有开关电压应力低，内在抗桥臂直通能力强，可靠性高等优点，被广泛应用于高输入电压的中、大功率等级的电源产品中。
在开关电源系统中脉宽调制器的设计是一个关键问题，本文所述系统采用的脉宽调制器是美国硅通用公司的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能齐全，通用性强的单片集成PWM控制器。
由于它简单、可靠且使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试。
1、双管正激变换器的特点
双管正激变换器的拓扑结构如图1所示。
其基本工作原理为：S1与S2同时导通，同时关断。
S1与S2导通时电源经变压器向负载输出功率并使C充电。
S1及S2关断时，输出电流经D4续流，同时变压器绕组的励磁电流经D1-VIN-D2向电源返回磁能。
由于D1和D2的导通使开关管S1和S2承受的电压仅为电源电压。
这种双管单端正激电路虽然多用了一个开关管，但其电压较单管的低了一半，同时变压器少了一个磁通复位绕组，所以适用于具有较高输入电压的场合。
图1 双管正激电路拓扑图。
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
1KW磁集成双管正激变换器的初步研究
t t(b) 磁柱1和3的电压和交变磁通波形 图1 采用磁性元件集成的双管正激电路1KW 磁集成双管正激变换器的初步研究摘要—为了减小传统的双管正激变换器中输出的电流脉动，本文将磁集成技术应用于该变换器，将电感和变压器进行集成。
通过合理的设计磁件的磁阻，不仅可以减小磁件的体积和重量，还可以减小输出电流的脉动。
文中详细分析了集成后变换器的工作原理，给出了设计依据，并以270V 输入、28.5V/1KW 输出的直流电源为例进行了初步的实验验证。
Abstract —The large output ripple current impaired the performance of Two Transistors Forward Converter (TTFC). By the ac flux positive coupling of the inductor and transformer, the output ripple current can be reduced. The improved TTFC with integrated magnetics is proposed in this paper. The design consideration for the integrated magnetics is discussed along with the effect on the ripple currents. Two 1000W TTFC prototype converters, with integrated magnetics and without, are built to verify the operation principle. 关键词—双管正激变换器，磁件集成技术，电流纹波最小化.1．简介双管正激变换器由于其结构简单，开关管电压应力低，可靠性高，在中大功率场合的应用非常广泛，许多文献对其进行研究[1-3]。
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。
高效率双管正激变换器
高效率双管正激变换器王慧宁;孟丽囡【摘要】当双管正激变换器需要输出大电流大、小电压时,会出现输出整流管因导通压降大,使得损耗过大,从而导致系统输出效率低的问题,为解决这一问题,采用同步整流技术,并计算相关器件的参数,仿真结果表明了使用该电路能够降低输出纹波值,效率得到大幅度提高.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2017(000)020【总页数】2页(P142,144)【关键词】DC-DC变换器;双管正激变换器;同步整流;MOSFET【作者】王慧宁;孟丽囡【作者单位】辽宁工业大学电子与信息工程学院;辽宁工业大学电子与信息工程学院【正文语种】中文双管正激变换器[1-2]典型的优点就是防止同一桥臂的两个开关管因死区时间设置不当而导致直接导通的问题，它的开关管承受的电压小、电路可靠性比较高等特点[3]。
在变换器要求输出低电压和大电流时，采用二极管整流仍然存在导通损耗太高，使得变换器输出效率大幅度降低。
本文采用低损耗的功率MOSFET管进行输出整流，因其导通压降小，使得整体损耗降低，系统效率得到优化。
本文针对整流二级管在双管正激变换器低压大电流输出时，因自身导通损耗大，造成整体输出效率不高的问题，本文输出整流采用导通损耗很小的功率MOSFET管进行，提高了系统的输出效率。
在工作过程中，整流部分的电压与其栅极的驱动电压需同步，并且当其源级和栅极电压同时为正时才能导通，所以被称为同步整流[4]，图1就是使用MOSFET管进行整流的电路图。
针对本设计采用的电路结构存在变压器，直接将副边电压作为整流管的驱动信号，将两者的驱动信号分别接至变压器副边的正负端，正好在相位上形成互补，达到输出整流的目的。
本文应用上文中设计的双管正激电路设计了一种输出电压为5V，功率为200W的变换器，其中重要器件的参数设计如下：(1)同步整流管设计开关管可承受的电压的最大峰值为：同步整流管承受的最大峰值电压应满足如下公式：n为变压器的变比。
双管正激变换器并_并和串_并组合式的研究
2Tπm -
3 8
L
mC
S+
π/2ωm，其中T m励磁电感与S1、S2结电容的谐振周
期，Tm = 2π LmCS/2 。
1.1.2 稳定工作状态2
双管正激变换器在这种稳定工作状态下，1个
26
双管正激变换器并-并和串-并组合式的研究
电工电气 (2011 No.6)
开关周期中共有5个开关模态，其主要波形见图3。
0 引言
1 并―并组合式双管正激变换器工作原理
变换器模块电源被越来越广泛地应用于各种电 子设备中，随着电子设备本身的功能越来越复杂， 集成度越来越高，它对变换器也提出了更高的要求， 需要在提供更大功率的同时，要求更小的体积、功 耗和更高的稳定性。双管正激变换器因初级开关管 的电压应力低，具有内在的抗桥臂直通能力 , 可靠 性高 , 而获得了广泛的应用。但是双管正激变换器 也有自身的弱点。为了解决单路双管正激变换器工 作占空比小于 0.5，可采用两路或更多路双管正激 变换器进行串联或并联的组合，采用并 - 并或串 - 并 组合式双管正激变换器提高了变换器等效工作占空 比，增加输出电压纹波频率，减小输入和输出电流 纹波，使滤波器的体积和重量减小，故对其两种组 合方式进行研究。
开关周期中共有6个开关模态，其主要波形见图2。
ugs
0 u u S1， S2
S1 S2
S1 S2 t
Uin
Uin/2
0
t
ip
0
t
im
0
iD3 t
t0
t1 t2 t3 t4 t5 t6
图2 稳定工作状态1的主要波形
1)开关模态1[t 0，t 1] 在t 0时刻之前，开关管S1、S2上的电压均为输 入电压U in的一半。在t 0时刻，S1、S2同时开通，其 结电容中的能量全部消耗在开关管的内部。
可提高双晶体管正激DC-DC电路效率的同步整流器控制芯片
可提高双晶体管正激DC-DC电路效率的同步整流器控制芯片佚名
【期刊名称】《今日电子》
【年(卷),期】2002(000)006
【摘要】一个DC-DC变换器,如果其初级侧采用双晶体管正激拓扑,那么该变换器虽可接受高的输入电压,但却缺乏驱动次级侧电路的动态复位电路.要解决这个问题,可以使用一种自举型控制芯片来扩展和优化次级侧的栅极驱动能力,并由此获得高的转换效率.
【总页数】4页(P44-47)
【正文语种】中文
【中图分类】TN62
【相关文献】
1.正激式DC-DC同步控制双路输出变换器的研究 [J], 张婷;黄世奇;王祖良
2.桥臂互感型双正激式软开关电路 [J], 朱忠尼;亓迎川
3.推挽正激移相式双向DC-DC变换器研究 [J], 赵一佳; 王鹏飞; 赵一帆; 王素娟; 熊保良
4.一种新型的通用单/双正激型直流变换器电路仿真平均模型 [J], 潘尚智;钱照明;雷娜
5.开关型DC-DC控制芯片片上软启动电路设计 [J], 吕婧;吴晓波;赵梦恋
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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
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。
双管正激变换器21变换器电路的结构及其工作原理在工作中
第二章双管正激变换器2.1 变换器电路的结构及其工作原理在工作中，当变换器电路中只有一个开关管时，则其承受的电压较高，容易被击穿，为了解决这个问题，可以采用两个晶体管串联起来当作一个管子用，从而能够提高电路承受电压的能力。
这在能够承受高耐压晶体管较少的时期不失为一种常用的方法。
如果，再加上D1、D2两个二极管( 如图1 所示) ，组成了双管正激变换电路拓扑。
由于目前工艺水平，MOSFET 管的工作电压不能太高，400V 左右的管子价格较相对低廉，应用在图 1 双管正激电路比较适合; 图中二极管D1、D2导通时限制了FET1、FET2关断时所受的反压，开关MOS 管承受电压为Vs + VD，由于DC/DC 变换器输入的直流电压是通过220V 市电整流获得( 约为310V 左右) 的，所以，Vs均在400V 以下。
因此，图1 所示双管正激电路具有可靠性高、造价低的优点，在煤矿井下通讯、交通及航天等领域得到广泛的应用。
FET1、FET2同时导通或同时关断。
在导通时，电源电压Vs加到变压器T 的原边绕组上。
在稳态下，由于上一周期工作时，电感线圈L1已建立的电流，通过D4导通，构成了负载I0的续流电路。
新周期开始，副边绕组由于原边绕组FET1、FET2的导通有了感应电动势。
副边绕组、二极管D3很快建立电流，其速度受制于变压器和副边电路的漏电感。
因为在导通瞬间L1上流过的电流IL保持不变，所以，由于D3的电流建立，二极管D4的电流必随之等同地快速减小。
当D3中的正向电流增加到原先流过D4的电流值时，D4则转为关断。
而且L1的输入端( A 点) 电压将增加到副边线圈电压V's( 减去VD3) 。
与此同时开始了正激能量传递状态。
前面的动作只占整个传递期间非常小的部分，其大小依漏感而定。
一般电流在1μs 内就建立。
但是，在低电压大电流传递时，漏感影响电流的建立非常明显，甚至大到占了全导通期间的相当比例，这时，就影响了能量的传递。
「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。
低压输入交错并联双管正激变换器的研究
也即
I2M0=(Uin/L2M)(2D－1/2)Ts
这一时段内D1、D2、Q3、Q4上承受的电压均为Uin。
2)开关模态2[t1～t2][参考图3(b)]
t1时刻，励磁电流i2M（t1）为零，D3、D4自然关断，此时T2原边磁化电感L2M、漏感L2S、Q3、Q4漏源结电容Coss3、Coss4开始谐振。i2M反向流动，给Q3、Q4漏源结电容放电，如果uds3(uds4)下降到零，因Q3、Q4体二极管导通，uds3(uds4)将被箝位为零。这一时段因为另一路中Q1、Q2导通，使得D7上的电压被箝为Uin/n，而T2副边电压不会超过Uin/n，因而不会出现单路双管正激副边箝位为零的情况，所以在T2绕组上（同名端）出现正压。对应有
1)这类变换器原边电流较大，即使很小的电阻也会引起可观的损耗，因此应尽量紧凑地布局的主电路的元器件，同时尽可能减小变压器的绕组电阻。可采用输入大面积铺地以减小输入导线的电阻，选用高Bs、低Br的低损耗磁芯材料。
2)因原边电流较大，为减小功率器件的通态损耗，功率管宜采用导通电阻较低的功率MOSFET器件，或采用多个MOSFET并联使用，但同时，必须注意到工作于硬开关状态下的功率器件，高频工作时其开关损耗比较高，因此在选择器件时，必须折衷考虑MOS器件的导通损耗和容性相关损耗(开关损耗、驱动损耗)。需要的话，可以考虑采用软开关技术。
图7所示为副边整流电路，交错并联电路结构使副边输出电压UA的等效占空比加倍，虽然可以减小输出滤波电感的体积，但却使续流管D7的开关频率加倍，处于更高频率的开关过程。由于D7存在反向恢复，这样会在D5、D7以及T1副边(D6、D7以及T2副边)形成环流，造成更大的损耗，如果在t1～t2段di/dt过高（），不仅会引起振铃现象而产生严重的电磁干扰，而且还可能会因为瞬态尖峰电压太高而损坏二极管或电路中的其它半导体器件，因此D7宜采用t0～t1恢复时间短而t1～t2时间长即柔度系数大的快恢复二极管。
一种双管正激变换器的环流分析及其抑制
种双管正激变换器 的环 流分析及其抑制
沈 国 良 。 赛君 ，毛
Ｓ Ｎ Ｇｕ —ａ ｇ． ＨＥ ｏｌ ｎ 。ＭＡＯ Ｓ ｉｕ ｉ ａ－ ｎ ｊ
Ａｎａｌ ｓｉ ｙ ｓ ａｎｄ ｒ ｅｓｔ ａｉ ｒ ｎｍ ｅｎｔ ｏｆ ｃｉ ｃｕｌ ｉ ｒ ａｔ ｎｇ ｃｕｒ ｅｎｔ ｉ ｒ ｎ ａ ｄｕａｌｓ ｉ ｃｈ ｆ ｗ ａｒ － ｗ ｔ ｏｒ ｄ ｃｏｎｖ ｔ ｅｒ ｅｒ
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０ 引言
双 管 正 激 变 换 器 具 有 开 关 电 压 应 力 低 、无 桥
（． １ 南京化工职业技术学院， 南京 ２ ０ ４ ；２ 通 用电气 （ １０８ ． 中国）研究开发 中心有 限公 司，上海 ２ １ ０ ） ０ ２ ３ 摘 要 ：交错并联双管正激磁集成变换器的高频变压器磁芯双向磁化 ，提 高了磁芯 利用 率 ，但其 工作 时 原边绕 组中会产 生环流 ，增加 变换器的损 耗。本文 对一种交错 并联双 管正激磁变 换器 环流产 生的机 理进行 了详细的研究 ，变换器原边 环流的产 生￣ ｍ 边整流 二极管 的反向恢复有 关 ，据 １Ｕ ３ 此研究 了一种在副边增加 抽头滤波 电感的环流抑制 电路 ，设计了一台 ３ ０ Ｏ Ｗ的原理样机对上述 环流消 除方法进 行了实验验 证 ，实验结果 表明 ，上 述措施很好地消 除 了变 换器的环流 ，减小 了变换器的通态损耗 ，提高了变换效率。 关键词 ：磁集成 ；交错 并联 ；双管正激变换器 ；环流 ；抽头滤波 电感
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。
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1.3 几种典型开关电源特点的比较 [3][4]
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。
introduced.The experiment to demonstrate the bi-directional conductibility of power MOSFET is also presented in this paper. A power supply of TTCF with synchronous rectification is designed.The waveform,experiment data and analysis of it are presented in this paper,which shows that the design is avaible in practice.
Key words: switching mode power supply Current mode control
two-transistor forward converter synchronous rectification
II
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。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。
1.2 开关电源的分类
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。 对于非隔离的直流变换器，它的单管类变换器有六种，即降压式（ Buck）变换 器、升压式（ Boost）变换器、升降压式（ Buck－ Boost）变换器、Cuk 变换器、Zeta 变换器、 Sepic 变换器； 对于有隔离的直流变换器， 单管类变换器有正激式 （Forward） 和反激式（ Flyback）两种，双管类变换器有双管正激、双管反激、推挽和半桥四种； 四管类变换器就是加入隔离变压器的全桥直流变换器。
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
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
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华中科技大学 硕士学位论文 双管正激同步整流变换器的研究 姓名：丁志亮 申请学位级别：硕士 专业：电力电子及电力传动 指导教师：杨荫福 20060428
摘
要
文章详细研究了双管正激变换器的拓扑结构及工作原理，阐述了该拓扑结构的 优点及缺点。利用状态空间平均法推导出该变换器的小信号模型，以此为基础对电 压控制模式和电流控制模式进行了比较，并指出了如何进行反馈补偿器的设计。 随着电力电子变换器在通讯系统的广泛应用，低电压大电流功率变换器成为一 个重要的研究课题。 传统的二极管整流电路因为正向压降大而导致损耗大、 效率低， 已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电流功率变换器的首选整流器件。本 文介绍了同步整流电路的原理、驱动方式及在各种拓扑中的应用，并对整流 MOSFET 的双向导电特性进行了仿真和实验验证。 作者设计了一个双管正激同步整流变换器，文章最后给出了相关实验波形及数 据并进行了分析，证明了该设计方案的可行性。
保密□ ，在_____年解密后适用本授权书。 本论文属于 论文作者签名： 日期： 年 月 日
指导教师签名： 日期： 年 月 日
1 绪 论
1.1 开关电源的发展 [1][2]
以功率半导体器件作为开关，将一种电源形态转变成为另一种电源形态的变换 电路称为开关变换器，而我们通常所说的开关电源主要是指 AC－DC 的直流变换 器，其中不仅包括 AC 经整流之后变成 DC，更为核心的是 DC－DC 的变换。开关 电源的发展是与电力电子学的发展紧密相关的，正是电力电子学领域的一次次新的 技术突破和新型功率开关元件的问世，推动了开关电源的飞速发展。现代社会中， 开关电源与人们的生活和生产紧密相连，日常的家用电器如电视机、空调、冰箱以 及电脑等都要用到开关电源。随着功率开关器件的发展，开关频率变化范围从几赫 兹到几兆赫兹，甚至更高。频率的提高，使得电源的体积和重量减小，节约了能源， 并且提高了可靠性。 国际上，自美国在 20 世纪 50 年代相继出现单端式和推挽式开关电源之后，各 种新型开关电源不断问世。这些年来，各种开关电源基本上都是采用更先进的新器 件、新技术、新材料、新工艺来逐步减小开关电源的体积和重量，改善电气性能指 标，提高工作可靠性，降低对电网的污染，消除对其它设备的干扰，增强智能化程 度等等。
2
有效减少输出整流损耗。 1.4.1 同步整流器件 同步整流技术就是用功率 MOSFET 代替普通二极管或者肖特基二极管进行整 流，所以，研究同步整流技术，就必须首先深入的了解同步整流器件，即功率 MOSFET。不但应该深入研究功率 MOSFET 的导电特性，而且要基于其整流损耗 模型，进行整流损耗分析。除此之外，对于大电流运行情况，同步整流技术的整流 损耗是否总是优于肖特基二极管的整流损耗，都是值得研究的重要课题。 同步整流要求 MOSFET 具有双向导电特性。但是，对于 MOSFET 的导电特性， 大多数文献、国外著名公司的数据书册等均仅给出 MOSFET 的单向导电特性，大 多数的应用研究，也都是利用了 MOSFET 的单向导电特性。对于 MOSFET 的双向 导电特性，鲜有文献详细介绍，更没有实验的范例和证明。 MOSFET 为电压控制型器件，电压控制意味着对电场能的控制，故称作为电场 效应晶体管。 MOSFET 是利用多数载流子导电的器件， 因而又称之为单极性晶体管。 MOSFET 的电压控制机理是利用栅极电压的大小来改变感应电场生成的导电沟道 的厚度（感生电荷的多少） ， 来控制漏极电流 I d 的，当栅极电压 Vgs 小于门槛电压 Vth 时，无论 Vds 的极性如何，两个 PN 结中，总有一个 PN 结是反向偏置的，因此漏极 电流 I d 几乎为零， 在这种情况下形成耗尽层， MOSFET 不能导通， 当栅极电压 Vgs 大 于门槛电压 Vth 时，漏极和源极之间形成 N 型沟道，由于 N 型沟道的电阻很小，故 在漏源正电压 Vds 的作用下，电子从源极流向漏极，或者说，正电荷从漏极流向源 极，这就是通常采用的 MOSFET 正向导电特性。 事实上，可以看出，栅极电压 Vgs 的作用仅仅是在于形成漏极和源极之间的 N 型导电沟道，而 N 型导电沟道相当于一个无极性的等效电阻。因而从理论上分析， 若改变漏源极的电压极性，即漏源极加反向电压，电子会反向从漏极流向源极，正 电荷将从源极流向漏极， 实现 MOSFET 的反向导电特性。 从以上分析可知， MOSFET 实际上是一个双向导电器件，只是在以往的应用中无须利用到反向导电特性，而形 成 MOSFET 只能单向导电的一般概念。 为此， 本文将从理论和实验上研究 MOSFET 的双向导电特性，得出完整的双向漏源电压电流特性曲线，为 MOSFET 在同步整 流中的实际应用奠定理论基础。 同步整流效率取决于 MOSFET 整流损耗， 本文基于 MOSFET 的等效损耗模型， 深入研究了 MOSFET 整流损耗与其参数、栅极驱动电压和开关频率的相互关系，