双管反激

1.1课题背景及其意义

在科学技术发展的推动下，电源技术也有了明显的进步，随着电力电子技术更多的运用于电源。电源的性能和节能性也不断提高。众所周知，电源是任何用电设备的核心部分，提高用电设备的性能对电源的要求也会提高。电源朝着体积越来越小，成本越来越低，效率日益增高的方向发展。

传统的电源采用的是线性稳压技术，存在大量稳压电源模块，传统线性稳压电源使用可靠性强，输出纹波电压小，稳定性突出。但是都含有体积很大的工频变压器和滤波器。为了克服这一问题，开关电源应运而生。开关电源最先被应用于航天领域。开关电源是指将一种电源形态转变为另一种电源形态，转变过程中运用自动闭环控制并且设有保护环节，转变开关则使用半导体功率管。开关电源的组成器件大多工作在高频开关状态，因此，耗能低，可靠性和稳定性高。开关电源可以适应在110V~220V的电网电压。

目前，作为自动化，机电一体化，电力传动等技术的基础的电力电子技术，发展方向为高频化，硬件结构模块化。提高开关电源的频率，有利于改善性能，抑制干扰，使电源小型化。

1.2国内外开关电源的研究现状

国外首先采用的是晶体管直流变换器，这种方式利用的是磁芯的磁饱和。这种技术输入电压低，功率频率低。20世纪中叶，高电压，大电流功率开关管出现，开关电源在制作过程中不在使用工频降压变压器，开始变得高效率，体积小，重量也减小不少。20世纪70年代，随着高频率，高电流的功率管快恢复的肖特二极管，高频高温电容的产生，开关电源有了进一步发展。

我国开关电源工作起步于20世纪60年代初，起步的初期即以实用性为发展目标，十年间我国开关电源技术有了很大的发展。七十年代，我国已经可以自主研发不含工频降压变压器的开关电源。最近的二十年，我国已经制造出输出功率在1000W以下，频率为20kHz左右的开关电源。目前我国的开关电源与欧美的科技强国仍存在较大差距。

开关电源发展现状中存在的主要问题：

（1）开关噪声和干扰严重。功率管在开通和关断过程中产生的高频交流电压和电流会对电路中其他元件产生的谐振干扰和尖峰干扰，影响电路中其他部分的正常工作。

（2）结构复杂。随着电源集成化的程度越来越高，对性能要求的越来越高，电路的结构也变得更加复杂。

（3）可靠性低，高成本。

1.3开关电源及其技术的发展趋势

随着我国科技技术在航天、农业等方面的发展，开关电源拥有很好的前景，开关电源技术势必会有很大的发展。

（1）功率半导体器件。

新型半导体材料碳化硅的应用。这种材料导热性能好，工作温度高，通态电阻小。

（2）高频化磁技术

随着开关电源的工作频率提高，对电路的性能也会产生相应的影响，低频下的某些参数可以忽略不计，采用导磁性能好，损耗低的铁磁材料是高频化磁技术发展的关键。

（3）高频开关电源的电磁兼容技术

开关过程中会产生过电压过电流，引起谐波干扰和电磁干扰。谐振变换技术在原理上可行，一方面可以提高频率，另一方面可以降低噪声与干扰，是开关电源一个重要的发展方向。

（4）软开关技术

硬开关技术是指不论开关管是处于关断还是开通时刻，开关管的电压电流是否为零，都会强迫开关管在电流，电压不等于零时关断，因此，会增加开关损耗。随着开关电源的频率提高，开关损耗也会提高，产生的电磁干扰也越大。所以需要引入软开关技术。软开关是指是指零电流ZCS和零电压ZVS，软开关可以使功率开关管损耗降至最低，既可以提高电源频率又可以保护功率开关。

（5）大电容技术

超级电容器是最新的技术发展趋势。超级电容器可以储存大量能量，充电时间很短，工作温度范围宽，既可以串联组成超高压组件，又可以并联组成低压高能量储存组件。

（6）采用计算机辅助设计

将来电源技术的发展趋势：绿色节能化，数字智能化，可编程化。

第2章开关电源的基本原理

2.1开关电源的基本工作原理

2.1.1 开关电源的定义

开关电源是指将一种电源形态转变为另一种电源形态，转变过程中运用自动闭环控制并且设有保护环节，转变开关则使用半导体功率管。

开关电源主要利用电容元件与电感元件的储能特性，由于开关管的不停导通与关断，具有较大电压波动的直流电流能量陆续经过开关管，并且以磁场能的形式暂时存储在电感中，然后经过滤波器得到的连续能量传给负载，得到电压脉动小的直流，实现了电压转换。

2.1.2 开关电源的基本组成

开关电源的基本组成如图2.1所示。

开关变换器

图2.1 开关电源的基本组成

（1）输入整流滤波电路

组成：包括从交流电到输入整流滤波的电路。

作用：消除电网的干扰；防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散而污染电网，将电网输入的交流电进行整流滤波，同时为开关变换器提供波纹较小的直流电压。

（2）开关变换器（核心）

组成：功率开关管，高频变压器。

作用：将直流电转换成高频交流电，经过高频变压器再变成所需要的隔离输

出交流电压。

（3）PWM 控制电路（PWM 调制器）

组成：振荡器，基准电压，误差放大器与PWM 比较器。

作用：PWM 控制电路产生脉冲宽度调制信号，其占空比受反馈电路的控制。 （4）输出整流滤波电路

作用：将开关变换器输出的高频交流电压滤波得到需要的直流电压，并且防止高频噪音对负载的干扰，电路原理与输入滤波相同。

2.2反激式变换器电路原理的分析

反激式开关电源最大的特点是电路相对简单，由于仅含有一个开关管，因此不会出现如桥式变换器那种共同导通的问题，因此在相同技术条件下可靠性会比桥式变换器高。

2.2.1反极性电路运行原理与电磁能量转换原理

反极型变换电路如图2.2所示。

图2.2 反极型变换电路

（1）开关管VF 导通期间

由于开关管导通in V V A =，VD 反偏不导通，相当于开路。L V V =in ，in V >0,i L

上升，电感L 将输入电能转换为磁储能，电感储能增加。

（2）开关管VF 关断期间

由于开关管断开，VD 导通，相当于短路。i L 下降，电感L 将输入磁储能释放变成电能输出，由输出电容吸收电感所释放储能对应的功率中大于输出端所接负载上的功率部分。

（3）电路特点

V in 不是直接向负载提供电能，而是将V in 输入的电能转化成L 中的储磁能，再通过VF 关断期间，将储磁能转化为电能传送到负载和输出电容，其中输出电容吸收的大于负载功率那部分能量。

2.2.2反激式变换器的定量分析

（1）开关管和二极管承受的峰值电压和峰值电流