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1.1 正激电路演变
1.2 正激电路工作原理
1.2.1连续电流模式
1.2.2断续电流模式
前文我们分享了常用隔离DCDC中的反激变换器。本文继续分享另一款隔离型的DCDC拓扑—正激变换器。
1.1 正激电路演变
正激变换器拓扑可由buck拓扑演变而来,我们先回顾一下buck电路:
Buck电路在开关导通时给电感充电和给负载供电,在开关断开时,由电感产生的感应电动势续流供电。
1、这时如果想将输入电源和后级隔开,我们可以加一个变压器:
但这时变压器初级加的是一个持续的直流电,变压器磁芯很快就会饱和,这个时候次级将无法产生感应电动势,也就是能量没有传递到次级。所以我们要想办法让初级电流变成一个变化的电流。
2、将次级的开关移到初级,借住开关的通断来使电流变化:
开关导通时,变压器初级电流从同名端流入,磁芯磁通量增加,次级产生感应电动势,电流从次级同名端流出,进而给电感L充能和给负载供电。开关关断时,次级将产生从同名端流入的电流来阻碍磁通量的减少,此电流将通过二极管D形成回路,这就相当于次级被短路了,而变压器的副边如果短路,将会引起原边产生大电流,将导致器件烧毁损坏,所以要避免在开关关断时,变压器次级发生短路。
3、在变压器次级再增加一个二极管:
可以看到,增加这个二极管后,开关关断时,次级流入同名端的电流回路别二极管截断,这就避免了次级短路问题。但是此时又有新的问题,开关导通时,变压器磁芯充了磁能,而开关断开时,由于次级二极管的截止,无法将这部分磁能转换为电能释放掉,下次开关导通又继续充磁,几个周期后,变压器将磁饱和,磁饱和之后变压器原边就不再是励磁电感了,可以认为变成了导线而导致短路,将会引起原边产生大电流,将导致器件烧毁损坏,所以还需要想办法在开关断开时,将开关导通时充的磁能释放掉,也叫做磁复位。
4、在变压器上增加磁复位绕组:
上图中的N1为原边绕组、N2为副边绕组、N3为磁复位绕组,这三个绕组在同一个磁芯上。在开关导通时励磁电流i1给磁芯充磁,副边产生感应电流i2给电感充能和给负载供电,磁复位绕组N3产生的从同名端流出的电流被二极管D3截止。在开关关断时,N2的感应电流被D2截止,但此时磁复位绕组N3的产生从同名端流入的感应电流可经D3形成回路,磁芯中的能量可回流到电源中完成磁复位。
PS:关于感应电流的方向若有疑问,大家可自行查阅一下同名端的定义。
1.2 正激电路工作原理
1.2.1连续电流模式
在开关导通时,工作回路如下图,变压器变压后给电感充能和给负载供电,与buck电路开关导通时差不多,这个阶段变压器磁芯磁通增加、电感电流增加。
回路参数变化如下图黄色区域所示:
电流的增量为:
变压器磁通的增量为:
在开关关断时,工作回路如下图,电感给负载供电,变压器进行磁复位,这个阶段变压器磁芯磁通减少到0、电感电流减少。
回路参数变化如下图黄色区域所示:
电流的减量为:
变压器磁通的减量为:
前面buck电路分析过,一个周期内电感电流的增量和减量相等,可计算得:
同时,一个周期内磁芯磁通的增量一定得小于减量,否则无法完成磁复位,可得:
计算得:
1.2.2断续电流模式
断续电流模式指的是在开关关断期间,次级线圈的电流会下降到0。如下图所示:
t0~ t1、t1~ t2的过程与连续电流模式一致,增加了第三个阶段t2~ t3,这个阶段初、次级线圈电流均为0,由电容向负载提供能量。
下面对电流断续时的输入输出电压关系进行推导。
设开关断开后的次级线圈电流持续时间为αT(t2-t1),0≤α≤1-D,电感在整个开关周期的平均电流为:
忽略电容的漏电流,负载电流基本等于电感的平均电流:
根据电感的电流增减量相等可得:
从此式解出α,代入负载电流等于平均电流的等式中,解得:
其中:
从上式可以看出,输出电压将随着负载电流减小而升高,在负载电流为0的极限情况下:
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从以上的分析可知,正激电路的输入输出关系和buck电路非常相似,仅有的差别在于变压器的变压比,因此正激电路可以看成是输入电压按变压器电压比折算至副边后经buck电路得到。隔离电路中的半桥、全桥、推挽电路也是类似原理。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-815606.html
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