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  • 反激式轉(zhuǎn)換器工作原理,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)介紹
    • 發(fā)布時(shí)間:2023-05-12 17:58:07
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    反激式轉(zhuǎn)換器工作原理,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)介紹
    反激式轉(zhuǎn)換器也稱之為電源轉(zhuǎn)換器,它將交流電轉(zhuǎn)換為直流電,并在輸入和輸出之間進(jìn)行電流隔離。它在電流流過電路時(shí)儲(chǔ)存能量,并在斷電時(shí)釋放能量。它使用了一個(gè)相互耦合的電感器,并用作降壓或升壓變壓器的隔離開關(guān)轉(zhuǎn)換器。
    反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)非常簡單,包含反激式變壓器、開關(guān)、整流器、濾波器等電氣元件,以及驅(qū)動(dòng)開關(guān)和實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的控制裝置。
    其電路設(shè)計(jì)如下圖所示:
    反激式轉(zhuǎn)換器
    開關(guān)用于接通和關(guān)斷初級(jí)電路,可以使變壓器磁化或退磁。來自控制器的PWM信號(hào)控制開關(guān)的操作。在大多數(shù)反激變壓器設(shè)計(jì)中,F(xiàn)ET、MOSFET或基本晶體管用作開關(guān)。
    整流器對次級(jí)繞組的電壓進(jìn)行整流以獲得脈動(dòng)直流輸出,并將負(fù)載與變壓器的次級(jí)繞組斷開。電容器過濾整流器輸出電壓并根據(jù)所需應(yīng)用增加直流輸出電平。
    反激變壓器用作存儲(chǔ)磁能的電感器,它被設(shè)計(jì)為一個(gè)雙耦合電感器,用作初級(jí)和次級(jí)繞組,并且以接近50KHz的高頻率工作。
    關(guān)系式推導(dǎo)
    有必要考慮匝數(shù)比、占空比以及初級(jí)和次級(jí)繞組電流的反激轉(zhuǎn)換器關(guān)系式計(jì)算。因?yàn)樵褦?shù)比可能會(huì)影響流經(jīng)初級(jí)和次級(jí)繞組的電流以及占空比。當(dāng)匝數(shù)比高時(shí),占空比也變高,通過初級(jí)和次級(jí)繞組的電流減小。
    由于電路中使用的變壓器是定制類型,因此目前不可能獲得具有匝數(shù)比的完美變壓器。所以,通過選擇具有所需額定值且更接近所需額定值的變壓器,可以補(bǔ)償電壓和輸出的差異。
    此外,還應(yīng)該考慮其它參數(shù),例核心材料、氣隙的影響和極化。下面討論通過考慮開關(guān)位置的反激式轉(zhuǎn)換器關(guān)系式計(jì)算。
    1、當(dāng)開關(guān)打開時(shí):
    Vin – VL – Vs = 0。
    在理想條件下,Vs = 0(電壓降),那么Vin – VL = 0、VL = Lp di/dt、di = (VL / Lp) x dt。
    由于VL = Vin,所以di = (Vin / Lp) x dt。
    通過在兩邊應(yīng)用集成,可以得到初級(jí)繞組上的電流為:Ipri =( Vin. /Lp )Ton。
    初級(jí)繞組中存儲(chǔ)的總能量為:Epri = ? Ipri 2 X Lp。
    其中Vin=輸入電壓、Lp=初級(jí)繞組的電感或初級(jí)電感、Ton=開關(guān)打開的時(shí)間。
    2、當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí):
    VL(次級(jí)) – VD – Vout = 0。
    在理想條件下,二極管電壓降為零,所以VL(次級(jí))– Vout = 0,VL(次級(jí))= Vout,VL = Ls di/dt,di = (VL 次級(jí) / Ls) / dt。
    由于VL次級(jí)=Vout,因此di = Vout / Ls) X dt。
    通過應(yīng)用集成,可以得到:Isec = (Vsec/Ls) (T – Ton)。
    轉(zhuǎn)移的總能量表示為:Esec = ?[(Vsec/Ls). (T – Ton) ]2. Ls
    其中Vsec =次級(jí)繞組中的電壓 = 負(fù)載處的總輸出電壓、Ls=次級(jí)繞組的電感、T=pwm信號(hào)周期、Ton=開啟時(shí)間。
    工作原理
    從上圖中可以很容易知道反激式轉(zhuǎn)換器的工作原理,其工作原理基于開關(guān)模式電源(SMPS)模式。
    當(dāng)開關(guān)處于ON位置時(shí),輸入和負(fù)載之間沒有能量傳輸??偰芰繉⒋鎯?chǔ)在電路的初級(jí)繞組中。這里漏極電壓Vd=0,電流Ip通過初級(jí)繞組。能量以變壓器磁感的形式存儲(chǔ),電流隨時(shí)間線性增加。然后二極管變?yōu)榉聪蚱?,沒有電流流向變壓器的次級(jí)繞組,總能量存儲(chǔ)在輸出端使用的電容器中。
    當(dāng)開關(guān)處于關(guān)閉位置時(shí),由于磁場的作用,通過改變變壓器繞組的極性,能量被傳遞到負(fù)載,整流電路開始對電壓進(jìn)行整流。核心中的總能量將被轉(zhuǎn)移到負(fù)載將被整流,并且該過程將繼續(xù),直到核心中的能量耗盡或直到開關(guān)打開。
    反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
    反激式轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)、靈活、簡單且主要使用SMPS(開關(guān)模式電源)設(shè)計(jì),具有良好的性能特性,可為許多應(yīng)用帶來優(yōu)勢,其性能特征如下圖所示。
    反激式轉(zhuǎn)換器
    上述波形顯示了反激變壓器初級(jí)和次級(jí)繞組的突變和反向電流。輸出電壓將通過調(diào)整初級(jí)繞組占空比的開/關(guān)動(dòng)作來調(diào)節(jié),并且可以通過使用反饋來隔離輸入和輸出,或者在變壓器上使用額外的繞組。
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