电流型高压反激DC/DC变换器的设计与研究
扫描二维码
随时随地手机看文章
引言
反激拓扑是一种广泛应用于高电压、小功率场合的拓扑结构，它具有成本低、体积小、重量轻、效率高等优点。在低压输入、高压输出的电路结构中，变压器磁芯尺寸是影响样机整体体积的主要因素。为了解决这一难题，本文提出了一种采用双变压器串联的结构，该结构具有寄生参数小、体积小、效率高等优点，适用于各种高压小功率场合。
1 电流型反激DC/DC变换器
1.1 功率电路
由于输入为低压大电流，故选用单管整流反激式拓扑结构，图1所示是一个RCD吸收电路的双变压器反激变换器的电路拓朴。但是，由于变压器漏感的存在及其他分布参数的影响，反激式变换器在开关管关断瞬间会产生很大的尖峰电压，这个尖峰电压会严重威胁开关管的正常工作，必须采取措施进行抑制，目前,常用的方法有LCD.RCD和有源箝位三种，考虑到电路的开关频率较高(100kHz),所以，LCD结构不可取;而有源箝位的箝位开关管要求取很大的额定电流，且变压器初级有很大的环流，不利于提高效率，因此，有源箝位也不可取；RCD箝位电路具有结构简单、成本低廉的特点，而且参数设计合理，能够很好的吸收漏感尖峰,从而提高效率，故本文采用RCD箝位电路来吸收漏感尖峰。
1.2 控制方案
反激变换器具有电流源性质，开环不能开路，否则输出电压将远高于设计值。高压直流电源在输出端无功率输出时，电源相当于开环，此时会有较高的电压冲击,易于烧毁器件，因而必须采用电压闭环控制；同时，为了提高电源的性能,应采用电流型控制技术。这种电流电压双闭环控制的系统具有瞬态响应快、稳定性高、内置限流能力等优点。
1.3 电路组成
本文研制的10W样机电路如图2所示。整个电路的核心UNITRODE公司生产的电流型PWM控制芯片UC3843BD1。该芯片适用于设计200W以下的小功率开关电源。开关管直接由PWM控制芯片输出脚驱动，并由R7对开关管电流采样，同时通过R8反馈回ISENCE引脚构成电流回路,Q作跟随器取出UC3843BD1的锯齿波，R3,R4将其与电流信号相叠加作斜坡补偿，以消除电流控制型调节器在占空比大于50%时固有的次谐波振荡，R3,R4用于的比值可以决定斜坡补偿的深度。R1和R2用于对输出电压采样，从而构成电压反馈回路。RCD电路用于吸收变压器漏感储存的能量，以避免开关管过热而影响效率。
2 关键电路参数设计
2.1储能式变压器参数设计
设电流临界连续功率为输出功率的1/5,则有：
式中：Bm为最大磁密；B为偏置点磁密。这样，其磁密变化量为：
电流临界连续时的原边电感LP为：
式中：为临界连续功率；T,为开关周期/为变换器效率。这样，储能式变压器的磁芯气隙6为：
2.2 开关管参数设计
开关管的最大电压应力和电流应力分别为:
2. 3 整流二极管
整流二极管的电压应力和电流应力分别为:
2.4 RCD箝位电路
箝位电容C和箝位电阻R应分别满足下式：
3 设计试验
本设计的额定输出功率为10W,设计的输入电压为10V,输出电压为300V,开关频率为100kHz,储能式变压器磁芯材料为PC40,双变压器绕组匝比相同，为NP/NS=19/300,磁芯气隙均为1.2mm,最大占空比为0.54,箝位电阻R为10kΩ,箝位电容C的值为0.1μF/50V,箝位二极管D选为1N4007,整流二极管D1为UF4007,开关管Q2为FDS569O。
本设计实例的实验波形如图3所示,其中图3(a)、(b) 分别是空载时开关管的电流波形和漏源电压波形，其中电流波形是从电阻R7(R7=0.2Ω。)上测得的；图3(c) 、(d)分别是满载时开关管的电流波形和漏源电压波形。试验样机电源从空载再到满载,其输出电压波动小于5%,可见,该电源的带载调整率较高。
4 结语
反激变换器适用于高压、小功率场合，具有体积小、成本低、结构简单等优点。本设计研制成功的样机具有功率密度高、稳定性好、效率高、带载调整率高等综合性能，可以安全可靠的适用于高压直流场合。
下载文档
