准谐振单端反激式变换器的分析和设计

Ｅ Ｐ Ｃ １ ７ 的磁 ＿ 苎 ： ， 其磁芯面积 Ａ ２ ． ８ ｍ ｍ ， 了软开关 的目的。
Ｌ 。 ＝ ４ ０ ． ２ ｍｍ， Ａ Ｌ － － ８ ０ ｎ Ｈ ／ Ｎ 。 同样 ， 根据（ ８ ） （ ９ ） 可得 。
电感气隙长度 ＝ ０ ． ０ ２ ４ ｃ ｍ； 电感匝数 Ⅳ Ｄ ＝ １ ５ ． ８ 匝（ 取１ ６ 匝）
图 ７中 Ｃ Ｈ１ 监测 开关 管驱 动波形 ． Ｃ Ｈ２监测 开 关 管 漏 源 两 端 电压 波 形 ， 可 以看 出 ， 开 关 管 在 开 通
一
次侧线圈匝数为
＝
、 ／ ＝ ａ ｖ ／ ９ ３ ｏ ６ ｎ Ｈ ｉ ｘ Ｈ ／ ２ １ Ｊ ２ 匝 （ 取 ２ １ 匝 ） （ ９ ） 前漏源 电压降为零 。 使其开通损耗 大大减小 ， 达到
中图分类号 ： Ｔ Ｎ ８ ６
文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： ０ ２ １ ９ － ２ ７ １ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ — ０ ０ １ ０ — ０ ５
行波管放大器广泛应用 于雷达 、 导航 、 通讯等 各个领域 ， 随着星载 、 弹载行波管放大器 的逐步发
５ 结束语
本 文 完 成 了一 种 单 端 反 激 准 谐 振 变 换 器 的设
（ Ｖ ）・ ｔ （ ｓ ）
ｎ ３
１ ５ ０ １ ０ ０ ＞ ５ ０ ０
．
／ ． ＼ ——＿ ／ ＼ ＼
～ ］
Ｉ
一 ＼
一
／ ／ 、
一
５ ０
４ ０
一
４ 实验 结果
根据本文前面设计的参数完成 电路实验 ， 实验
（ ８ ）
！ 一 ： 三 鱼 旦 ！ Ｑ ！
Ａ ２ — ０３ ３ ３ ｃ ｍ２ ｘ ２ ００ ０ Ｇ２
．
：
０ ． ０ ３ ０ ６ ｃ ｍ ０ ． ０ ３ Ｃ ｍ
主要波形如图 ７ 所示。
（ Ｖ）・ ｔ （ ｓ ）
ｎ ６ ０
３ Ｏ ２ ０
＞
１ ０
＼ ｊ ＼ 一 ． — — — ｝ ｊ ’
１ ｆ
厂 一
］
厂一 一 ］
一
广 一 ］
Ｌ
／
■ 一 一
（ Ｖ） ・ ｔ （ ｓ ）
ｎ ２ ４
》
／
一
开 关管 漏源 电压 （ 即 ） ， ｎ ＿ ６ ０为开关 管 驱动 波
变压器采用 Ｅ Ｐ Ｃ ２ ５ 的磁芯， 根据 Ｔ Ｄ Ｋ手册可知． 其磁芯面积 Ａ ＝ ３ ３ ． ３ ｍ ｍ ２ ， Ｌ 。 ＝ ４ ６ ． ２ ｍ ｍ， Ａ Ｌ ＝ ８ ０ ｎ Ｈ ／ Ｎ ， 知磁芯 ＞ ＞ １ ， 令 ＋ 一 （ 为磁芯磁路长
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ３ — ２ ０
求小体积 、 高效率 ， 因此选择准谐振拓扑 ， 可以降低 损耗 ， 提高效率 ， 提高开关频率 ， 减小电源体积。
—
１ ０
第１ ６ 卷
第７ 期
奄涤艘舷 阖
Ｐ ＯＷ Ｅ Ｒ Ｓ Ｕ Ｐ Ｐ Ｌ Ｙ Ｔ Ｅ Ｃ ＨＮＯＬ ＯＧＩ ＥＳ ＡＮＤ ＡＰ Ｐ Ｌ Ｉ ＣＡ Ｔ Ｉ Ｏ ＮＳ
后级线 性稳压
输 出 卜 ＿
反馈 回路 整 流 滤 波 ｆ ７ Ｖ灯 丝 输 出）
重 限制 了开关频率 的提高 ．从而限制了电源 的体 积 。采用准谐振使开关管完成零 电压开通 ， 大大减 小 了开关损耗 ， 从而让电源的高频化小型化成为可
能
谐 振 电 容
Ｐ 制 Ｈ Ｐ 制
率开关关断时开始谐振 ， 达到零 电压开启 ， 实现软开关。文 中对该 电路拓４ １ 、 设计、 参数选择、 ｓ ａ ｂ ｅ ｒ
电路仿 真 以及 实验结 果进行 了详 细描 述 。
关 键词 ： 开关 电源 ； 行 波管 ； 准谐振 ； 单 端反 激 ； Ｓ ａ ｂ ｅ ｒ 仿 真
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ａ Ｑｕ ａ ｓ ｉ － Ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ Ｆ ｌ ｙ ｂ ａ ｃ ｋ Ｃｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ
准谐振 单端反激式变换器 的分析和设计
高或博 ， 谢章贵
（ 中船 重工集 团 ７ ２ ３所 ， 江苏 扬 州 ２ ２ ５ ０ ０ １ ）
摘
要： 基于行波管灯丝、 调制 器的电源设计要 求， 提 出了一种准谐振单端反激式变换器。 准谐振 变
换 器是 通过 调整 开关 电源波 形 以减 少或 消除 电源的 开关损耗 ， 文 中所讨论 的 准谐 振 变换 器是在 功
Ｕ Ｃ１ ８ ４ ２辅 助 元 器件 参 照 芯 片数 据 手 册 进 行 设 计 ．
谐振 电容 Ｃ： ０ ． ０ ６ Ｆ
开关频率． ： ８ ０ ｋ Ｈ ｚ
根据 式 （ １ ） 可得 ， ， Ｄ ＝ ３ Ａ，
完成仿真。 仿真主要波形如下（ 见图 ６ ） ， 图中 ｎ ＿ ３ 为
Ｖｏ １ ． １ ６ Ｎｏ ． ７
２ ０ １ ３ 年７ 月
Ｊ ｕ ｌ ｙ ． ２ ０ １ ３
开通瞬 间这些能量全部损耗在器件上 ．开通损耗
大， 而且 对 ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ应力 较 大 ， 这 种 开 通损 耗 与频 率、 输 出电容 成 正 比 ， 与输 入 电压 的平方 成 正 比 ， 严
第ｌ ６ 卷
第７ 期
鼋涤挝瓤 罔
Ｐ ０Ｗ Ｅ Ｒ Ｓ Ｕ Ｐ Ｐ Ｌ Ｙ Ｉ Ｉ Ｅ ＣＨＮ０Ｌ ０Ｇ Ｉ ＥＳ ＡＮＤ ＡＰ Ｐ Ｌ Ｉ Ｃ ＡＴ １ ０ ＮＳ
Baidu Nhomakorabea
Ｖ０ １ ． １ ６ Ｎｏ ． ７
２ ０ １ ３ 年７ ） ３
Ｊ ｕ ｌ ｙ ． ２ ０ １ ３
２ ． ２ 主 回路设 计
（ １ ）电 源 主 回路 结 构
型控制方式。 Ｕ Ｃ １ ８ ４ ２ 芯片不能固定关断时间， 所以
要加 辅助 开关管 进行 控制 ， 如图 ５ 所示。 在 ４脚 Ｒ Ｃ Ｔ的对地 电容 Ｃ Ｉ 两 端并 接一 个 辅 助 开关管 ， 可对 ｃ 两端 快 速放 电 ， 使 ４脚 的三 角 波 下 降速度加 快 ， 从 而 固定 关 断时 间。 （ ３ ）电路 参数 设计
ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｗ ａ ｖ ｅ ｓ ｈ ａ ｐ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｕ ｓ ｅ ｓ ｑ ｕ ａ ｓ ｉ － ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｆ ｏ ｒ ｃ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｗａ ｖ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｎ ｔ ｏ ａ ｈ ａ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｎ ｅ ｗ ａ ｖ ｅ ｏｒ ｆ ｍ ｔ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｚ ｅ ｒ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ
ＧＡＯ Ｙｕ— ｂ ｏ， ＸＩ Ｅ Ｚｈ ａ ｎ ｇ － ｇ ｕ ｉ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ａ ｑ ｕ ａ ｓ ｉ － ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ ｆ ｌ ｙ ｂ ａ ｃ ｋ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｔｅ ｒ ｒ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ ｏ ｆ ｉ ｆ ｌ ａ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ
Ｕ ｏ ｕ ａ ＝ １ ２ Ｖ， ， 舢 １ ≤０ ． ２ Ａ
目的 。据此 ， 控 制芯 片选 择 反激式 变 换器 最 常用 的
ＵＣ１ ８ ４２。
３ ＝ － １ ２ Ｖ， Ｌ ｏ ｎ ≤Ｏ ． ２ Ａ Ｕｏ ｍ ４ ＝ ４ ０ ０ Ｖ， ， 伽 ｌ ≤５ ｍＡ
参照前文分析及 电源要求 ， 最终设计电路参数
如下 ： 变压 器 初级 电感 。 ： ３ ６ Ｉ ｘ Ｈ
谐振 电感 ： ２ ０ Ｉ ｘ Ｈ
３ 电路 仿 真
在开关 电源仿真软件 ｓ ａ ｂ ｅ ｒ 中建立如图 ５ 所示 的原理 图 ，按 照 ２ ． ２中计算 结果 完成 参数仿 真 ，
／
／
／ ／
∥
：
ｎ
５ ． ４ ６ ｍ ｔ ｜ ｃ
图 ６ 电路 仿 真 波形 图
Ｕ￣ ｚ ＝ － ３ ５ ０ Ｖ， Ｌ ｕ ， １ ≤５ ｍＡ
根据 前 文准 谐振 分 析可 知 ， 谐 振 过程 在 开 关管 关断 ｔ 期 间完 成 ， 而 谐振 频 率不 变 ， 所 以要 完成 准
谐振零电压开通 。 应该将关断时间 ｔ 固定 。电源控
制 方式 选择 为 固定 关断 时 间 、 可 控 开通 时 间的 电流
电源主 回路 结 构如 图 ４所 示 ， 以灯丝 电源输 出
绕组为主进行反馈稳压 ，其他路输出功率较小 ， 对 于类似行波管调制器等对纹波要求较高的电源 ， 可
用 后级 串联调 整进 一步 稳压并 减小 纹波 。
（ ２ ）电 源控 制 方式选择
图 ５ 电路 原理 图
一
１ ２一
露 等 霈爵 馒捷
电 电源 的准谐 振单 端反 激式 变 换器 。行 波 管灯 丝 、
调制器 电源功率需求不大 ． 但要求多路输 出 ， 且交 叉调整率好 ， 故而选择单端反激式变换器 ： 对于星
载、 弹载 的行 波管 放大 器 灯丝 、 调 制器 电源而 言 ， 要
展 。行波管放大器的电源设计要求也逐步提高 ， 要 求小体积、 高效率 、 高可靠性等。 本文详细分析了可作为行波管灯丝 、 调制器供
图 ４ 电源 主 回路 结 构 框 图
２ 电源 设 计
２ ． １ 电源要 求
选择调宽控制方式 ，控制开关管导通脉宽 ｔ ，
可控 制 变压 器馈 能 大小 。 从 而达 到控 制输 出电压 的
Ｕ ｉ ＝ ２ ８ Ｖ （ １ ￣ １ ０ ％）
Ｕ ｏ ｕ ， １ ＝ ７ Ｖ， ， 伽 ｌ １ ≤２ Ａ
ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ（ ｓ ｈ ｏ ｔ ｒ ｏｒ ｆ ｚ ｖ ｓ ） ． Ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ． Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｊ ｏ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｓ ＭＰＳ； Ｔ Ｔ； ｑ ｕ ａ ｓ ｉ － ｒ ｅ ｓ ｏ ｎａ ｎ ｔ ； ｌｙ ｆ ｂ ａ ｃ ｋ； ｓ ａ ｂｅ ｒ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
形， ｎ ２ ４为 Ｕ Ｃ １ ８ ４ ２ 第４ 脚Ｒ 端电压波形 。由仿真 波形可知开关管漏源电压在其开通前已经 回零 ， 为
下 次零 电压 开通 提供 条件 ， 即通 过 准谐 振实 现 了开 通过 程软 开关 。
度， ， 印 为变压器磁芯气隙长度 ） ， 有
， 一 ：
ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ａ ｖ ｅ ｌ ｗ ａ ｖ ｅ ｔ ｕ ｂ ｅ （ ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ｏ ｆ ｒ
．Ｔ ｈ ｅ Ｑ Ｒ Ｃ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｌ ｏ ｓ ｓ ｅ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ