单端反激变换器的建模及应用仿真
基于峰值电流控制的反激变换器的建模与设计
基于峰值电流控制的反激变换器的建模与
设计
反激变换器是一种常见的电源转换器，它可以将直流电压转换为交流电压，常用于电子设备的电源供应。
基于峰值电流控制的反激变换器是一种常见的反激变换器控制方式，它可以实现高效率、高精度的电源转换。
基于峰值电流控制的反激变换器的建模与设计需要考虑多个因素。
首先，需要确定变换器的拓扑结构，常见的反激变换器拓扑结构包括单端、双端和半桥结构。
其次，需要确定变换器的工作频率和输入输出电压等参数。
最后，需要确定峰值电流控制的具体实现方式，常见的控制方式包括电流模式控制和电压模式控制。
在进行反激变换器的建模与设计时，可以采用MATLAB等软件进行仿真分析。
通过仿真分析可以得到变换器的电路参数、电流波形、功率损耗等关键指标，从而优化设计方案。
同时，还需要进行实际电路的搭建和测试，以验证仿真结果的准确性。
基于峰值电流控制的反激变换器具有多种优点，如高效率、高精度、稳定性好等。
在实际应用中，可以根据具体需求选择不同的控制方式和拓扑结构，以实现最佳的电源转换效果。
基于峰值电流控制的反激变换器的建模与设计是一项复杂的工作，需要综合考虑多个因素。
通过合理的设计和优化，可以实现高效率、
高精度的电源转换，为电子设备的稳定运行提供可靠的保障。
基于峰值电流控制的反激变换器的建模与设计
基于峰值电流控制的反激变换器的建模与设计反激变换器是一种常用的开关电源电路，应用广泛，供应系统电力负载。
与传统的直流-直流变换器相比，反激变换器具有一些优点，比如高转换效率，高电压转换比等等。
对于反激变换器的建模与设计，峰值电流控制是一种常见的方法，下面介绍具体步骤。
反激变换器的结构一般包括输入直流与谐振电容的串联，幺变压器，输出直流电流检测电感器，输出电感和输出滤波电容以及开关管组成。
在典型的反激变换器中，输人电压Ug经过谐振电容存储能量，然后经过开关管（一般为MOSFET）通过幺变压器产生一个瞬态高压脉冲。
该脉冲被送到输出端，经过输出电感和滤波电容后变成稳定的直流输出电压Uo。
反激变换器的运行原理是通过开关管的开关动作实现。
开关管在开启状态下，Ug通过其导通，将电能储存到谐振电容Cres上，然后通过闭合开关，将谐振电容Cres的能量释放到幺变压器上，产生一个脉冲电压，并将其通过输出滤波电容Cout释放到输出端，形成稳定的电压输出。
然后开关管再次断开，回到等待状态，以反复周而复始。
为了建立反激变换器的控制模型，我们需要确定转换过程中的一些参数，例如输入电压Ug、输出电压Uo、电感L和电容C等等。
在设计反激变换器时，一些主要任务包括电压转换比、输出电压纹波、谐振电容的选择以及开关和电感时序的选择等等。
峰值电流控制方法可以帮助我们实现了对反激变换器的控制，并且其原理和步骤也简单易懂。
首先，确定开关管的控制信号：当Uc>Us时，开关K1关闭，Uc通过电阻R1放电；当Uc<Ud时，开关K1-close，Uc开始充电。
其次，计算反激电流：当开关K1关闭时，谐振电容通过幺变压器将能量传递到电感L1中，产生的反激电流可表示为Ir=L1(du/dt)。
在峰值电流控制中，我们需要根据Ir的峰值确定开关管的导通时间。
通过选择合适的控制电路可以实现定时控制和逻辑控制，从而保证反激电流的峰值始终保持在合适的范围内，同时也保证了输出电压的稳定。
基于MULTISIM的反激式开关电源的仿真
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两绕组变压器的磁阻模型转化为电路模型 事实 成 ’, 模型， 上， ’, 模型对于 多于 ( 个绕组的 变压器是无效 的。 因此， 根据变 压器的实际模 型，可建立对应 的磁阻模型如图 ( 所示。
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仿真结果分析
由于电路较复杂， 建模完毕后， 首先对电路进行分块仿真， 本
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要： 开关电源的仿真技术可以提高设计的整体性能， 缩短开发周期， 降低成本， 仿真技术的研究非常有必要。该文以 3#4 稳压、 56 稳 流开关电源作为研究对象， 将 78,9:/:7; 仿真工具与模型建立理论相结合， 对该电源的各个部分进行了仿真研究， 优化了电源 的基本参数。并且对变压器建模进行了深入的研究， 从物理模型与磁芯模型两方面详细介绍了变压器建模的过程， 进而完成了 整个开关电压闭环系统的仿真研究， 最后对开关电源进行了稳定性分析， 确定了其稳定工作的条件。
关键词： 开关电源； 仿真； 变压器模型 78,9:/:7； &’()*+,)< 6= >’. =(?0@*>(2) 2A =B(>C’ D2B.E =0DD@F B(@@ (?DE2G. >’. =F=>.? H = D.EA2E?*)C.% =’2E>.) >’. I.G.@2D?.)> CFC@. *)I C0> >’. C2=>% (> (= ).C.==*EF >2 =>0IF >’. =(?0@*>(2) >.C’)2@2JFK 9’. D*D.E A2C0=()J 2) =B(>C’ D2B.E =0DD@F B(>’ G2@>*J. *)I C0EE.)> =>*L(@(>F% C2?L()()J >’. =(?0@*>(2) >22@ 2A 70@>(=(? *)I >’. >’.2EF 2A .=>*L@(=’()J ?2I.@=% ?*M.= * I..D =>0IF 2) .G.EF D*E> 2A >’. D2B.E =0DD@F *)I ’*= 2D>(?(N.I >’. I.=(J)K 9’E20J’ >’. >’.2EF 2A .=>*L@(=’()J >E*)=A2E?.E ?2I.@% >E*)=A2E?.E D’F=(C*@ ?2I.@ *)I ?*J).>(C C2E. ?2I.@ *E. ()>E2I0C.I () I.>*(@ *)I >’. B’2@. C@2=.O@22D =(?0@*>(2) =F=>.? (= C2?D@.>.IK P()*@@F% >’. D*D.E *)*@FN.= >’. =>*L(@(>F 2A >’. =F=>.?% I.>.E?()()J >’. C(EC0?=>*)C. A2E >’. =B(>C’ D2B.E =0DD@FK -./01*2(< =B(>C’ D2B.E =0DD@F Q 中图分类号 R 9S5;TK ; 789:/:7 =(?0@*>(2) >E*)=A2E?.E ?2I.@ Q 文献标识码 R 6 Q 文章编号 R T###O5UU3 ! "#T# + #"O##"3O#$ 使用的磁性器件模型必须忠实地再现或预测电路的行为，磁性器 件的模型必须随着每个新电路的仿真而改变。 变压器的建模主要分为两个部分，即磁阻模型与磁芯模型。 磁阻模型是根据变压器的物理模型转化得到的，用磁阻的形式反 映变压器的物理结构； 磁芯模型是变压器磁芯的建模， 它如实地反 映变压器磁芯的工作状态。
本质安全型单端反激变换器的分析与设计的开题报告
本质安全型单端反激变换器的分析与设计的开题报告一、研究背景随着科学技术的不断进步和发展，人们对于电子器件的安全性和稳定性的要求越来越高。
在电力电子器件中，单端反激变换器是一种重要的电力转换器件，广泛应用于家用电器、LED灯、电动工具等领域。
但是，传统的单端反激变换器存在许多问题，如漏电流大、电磁干扰严重、输出波形不稳定等。
为了解决这些问题，本质安全型单端反激变换器应运而生。
二、研究目的和意义本质安全型单端反激变换器集成了多项安全保护技术，能够有效降低电路的漏电流和电磁干扰，提高电路的稳定性和输出波形的精度。
因此，本研究的目的是对本质安全型单端反激变换器进行深入的分析和设计，探究其工作原理，优化其性能，提高其工作效率和稳定性。
本研究的意义在于为电力电子器件的安全性和可靠性提供技术支持，促进电力电子器件领域的发展。
三、研究内容1. 本质安全型单端反激变换器的工作原理分析；2. 本质安全型单端反激变换器的数学模型建立；3. 本质安全型单端反激变换器的控制策略分析；4. 本质安全型单端反激变换器的谐振电路的设计；5. 本质安全型单端反激变换器的参数优化和参数匹配；6. 本质安全型单端反激变换器的电路实现与仿真分析。
四、研究方法和技术方案1. 借鉴前人研究成果，对本质安全型单端反激变换器的工作原理和相关技术进行文献调研；2. 建立本质安全型单端反激变换器的数学模型，通过MATLAB进行计算和仿真；3. 根据电路特性，设计出合适的控制策略和谐振电路；4. 通过仿真比较和优化参数，确定合适的参数匹配方案；5. 利用电子仿真软件进行电路实现和性能测试，并结合实际物理实验进行验证。
五、预期成果和创新点1. 分析本质安全型单端反激变换器的工作原理和特点，建立其数学模型；2. 提出具有实用意义的控制策略和谐振电路设计方案；3. 通过仿真和实验验证，优化本质安全型单端反激变换器的输出波形和效率；4. 提高单端反激变换器的安全性和可靠性。
DCDC单端反激式变换电路设计实验
实验四十八DC/DC单端反激式变换电路设计实验(信号与系统一电力电子学一检测技术综合实验)实验原理1.单端反激变换电路基本原理在基本的直流/直流变换器中引入隔离变压器，可以实现变换器的输入端和负载端的电气隔离，从而提高运行的安全可靠性和电磁兼容性。
同时当电源电压输出电压V o相差较大时，也不会导致占空比置多个二次绕组输出几个不同的直流电压。
D接近1或0。
而且引入变压器后，可以设图48-1 隔离式单端反激电路的原理图48-1是单端反激变换电路原理图。
电路仅有一个开关管，隔离变压器的磁通只能单方向变化。
当有正向偏压加在开关晶体管T的基极上时，T导通，当集电极一发射极间的电压达到饱和电压V C E ( sat )时，输入电压加在变压器的初级绕组上的电压。
同时，在变压器的次级绕组中感应岀反极性的电压，次极的二极管D中没有电流流过，次级绕组处于开路状态。
这时变压器内部并没有能量传递，电源提供给初级绕组的能量全部存储在变压器中。
开关管断开时，电源停止向初级绕组提供电能，同时变压器绕组产生反向电动势，次级电路的二极管D导通。
变压器内存储的能量向输出侧释放出来，给负载供电，因此该电路称为单端反激变换电路。
2.自激式单端反激变换器原理及其设计图48-2是一种常见的自激式单端反激变换电路，简称RCC电路(Ringing Choke Converter)，广泛应用于50W以下的开关电源，它不需要专门的振荡电路，结构简单，由输入电压与输入、输岀电流改变频率。
(1)自激原理RCC电路的电压和电流波形如图48-3所示。
输入电压V1是输入交流电压经整流的直流电压。
当V1加到输入端时，V1通过电阻R B和晶体管VT1的基—射级给VT1的基极一个正的偏置电压，使VT1导通，变压器T1的初级绕组流过励磁电流，而此时感应到次级的电V s和负载所需的即为斜率为V i / L 的直线，如图 48-3(a)所示。
由于t on 期间能量全部积聚在变压器中，所以初级绕组电流持续增加，并激励磁通增 加。
反激式变换器环路分析与建模
反激式变换器环路分析与建模Technical Note 安森美半导体应用系列技术笔记AN01010101 V1.00 Date: 2012/09/18类别内容关键词反激，环路建模摘要本文采用基于传递函数的经典控制理论，介绍了反激式变换器的功率级和补偿网络分别在CCM模式和DCM模式下的小信号模型，并基于NCP1200及NCP1015构建反激式变换器，在Matlab环境下验证所建数学模型的合理性。
广州周立功单片机发展有限公司修订历史目录第1章反激式变换器环路分析与建模 (1)1.1 概述 (1)1.2 基础概念 (1)1.2.1 与环路分析相关的几个概念 (1)1.2.2 性能优良的开关电源的设计目标 (3)1.3 传递函数的建立 (4)1.3.1 补偿网络传函（Hs） (4)1.3.2 功率级传函（Gs） (6)1.4 Matlab分析 (7)1.5 总结 (9)第1章反激式变换器环路分析与建模1.1 概述在反激式开关电源的设计中，对于缺乏设计经验的工程人员，闭环回路相关参数的调试将会耗去大量的时间和精力。
最让开发人员困惑的是，当自己设计的开关电源表现不佳（比如噪声过大、空载震荡、开机过冲太大等）时，不知道该调整电路中的哪些参数来得到想要的性能。
众所周知，开关电源是一个典型的闭环控制系统，而且是一个高度非线性时变系统。
一般而言，涉及到非线性的系统需要通过现代控制理论的方法去研究，不过，基于矩阵变换的现代控制理论虽然模型精确但建模极为复杂，这一点令开关电源的开发人员望而却步。
在实际工程应用中，非线性系统可以近似线性化处理（相关理论可参考胡寿松版《自动控制原理》第二章内容），从而在保证合理性的情况下，降低研究问题的难度。
因此，采用基于传递函数经典控制理论被广泛应用于实际工程分析中，当然，本文讨论的反激式变换器的建模问题，果断地采用了这种方法。
本文尝试对应用比较广泛的反激式变换器进行建模分析，包括功率级和补偿网络两部分，并在Matlab环境下编写m文件，利用Bode图分析其开环传递函数的幅频特性曲线和相频特性曲线，以及动态响应特性。
基于UC3845的单端反激电路设计与仿真
基于UC3845的单端反激电路设计与仿真葛笑寒【摘要】通过分析单端反激电路的工作原理,提出了一种双路低电压输出系统的设计方案.对功率变换电路、输出回路、输入回路和高频变压器等进进行分析设计.并且采用UC3845控制芯片采用电压和电流双环的控制方法设计控制电路.最后使用MATLAB仿真软件建立了仿真模型,输出均达到了要求,纹波较小,表明设计可行,为系统的应用提供参考.【期刊名称】《安徽电子信息职业技术学院学报》【年(卷),期】2018(017)006【总页数】5页(P19-22,31)【关键词】单端反激;UC3845;仿真【作者】葛笑寒【作者单位】三门峡职业技术学院,河南三门峡 472000【正文语种】中文【中图分类】TN86一、引言随着经济的发展，人类的活动遍布全球，加速了能源消耗。
汽车领域也发生了巨大变革，新能源汽车飞速发展，充电系统正在形成以“充电桩为主、充电站为辅”的充电网络[1]。
智能充电系统的智能控制器、反馈电路、驱动电路和等需要不同等级的低压直流电源。
为保证系统稳定可靠工作，设计一种双电压输出，且电压稳定、高精度纹波系数小的电源具有重要意义。
二、电源系统整体设计隔离型电路安全可靠性高得到广泛应用，常见电路有推挽、半桥、全桥和单端式。
由于系统输出电压低，功率不大，另外单端电路所用器件最少，且反激式成本更低、效率更高，对于批量生产和产品可靠性都有好处。
因此使用单端反激电路。
（一）单端反激电路原理电路结构如图1所示，变压器相当于一组耦合的电感，起储存电能的作用。
当开关管T1截止时，变压器一次绕组W1所存储的电能向二次绕组W2传送，这时变压器二次绕组极性下端为负、上端为正。
二极管D正向导通，电压经电容滤波后向负载RL供电。
当变压器一次绕组存储的能量释放到一定程度后，在栅极电压驱动下，开关管T1导通，电源电压Ui通过变压器一次绕组W1充电。
当一次绕组侧电压升高到一定程度后，T1重新截止，又开始新一轮放电过程[2]。
反激电源设计与仿真
反激电源设计与仿真反激电源是一种常见的开关模式电源，它在电源设计中具有广泛的应用。
本文将介绍反激电源的基本原理、设计流程和仿真方法。
一、反激电源的基本原理反激电源属于开关电源的一种，其基本原理是利用开关管对输入直流电压进行开关操作，通过变压器和滤波电感来实现工作频率的降低和输出电压的稳定性。
具体而言，反激电源包括以下几个主要组成部分：1.开关管：常用的开关管有MOSFET、IGBT等，其主要作用是在开关状态下将输入直流电压转换为脉冲信号。
2.变压器：反激电源中的变压器主要负责将输入电压变换为适合于输出负载的电压，并通过电感耦合的方式实现能量传递。
3.滤波电容：通过并联在输出端的滤波电容来平滑输出波形，减小输出纹波。
4.控制电路：包括反馈控制电路、PWM控制电路等，用于实现输出电压的稳定性和输出功率的控制。
二、反激电源设计流程反激电源的设计流程一般分为以下几个步骤：1.确定需求：确定输出电压、输出电流和输出功率等基本要求，并预估负载特性。
2.电源拓扑选择：根据需求选择适合的反激电源拓扑结构，常见的有单端反激、两端反激等。
3.参数计算：根据拓扑结构和需求，计算各个元件的参数，如变压器的参数、电感、容值等。
4.元件选型：根据参数计算结果，在市场上选择合适的元件，如开关管、变压器、电容等。
5.电路原理图设计：根据选定的元器件，设计反激电源的电路原理图。
6.布板设计：根据电路原理图，进行线路布局和元件布置，同时要注意功率引线和地线的布局。
7.仿真测试：利用电路仿真软件对电路进行仿真，验证设计的可行性和性能。
8.样板制作：根据仿真结果和布板设计，制作反激电源的样板。
9.实际测试：测试样板的性能，如输出电压、纹波、效率等，对比需求进行调整。
10.优化改进：根据测试结果，对电路进行优化和改进，提高性能和稳定性。
三、反激电源的仿真方法在反激电源设计中，仿真是一个非常重要的环节。
通过仿真可以有效地验证设计的可行性和预测电路的性能。
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单端反激变换器的建模及应用仿真
摘要：本课程设计的目的是对直—直变换电路中常用的带隔离的Flyback电路（反
激电路）进行电路分析、建模并利用Matlab/Simulink软件进行仿真。首先是理解分
析电路原理，以元件初值为起点，用simulink软件画出电路的模型、并且对电路进行
仿真，得出仿真波形。在仿真过程中逐步修正参数值，使得仿真波形合乎要求，并进行
电流连续、断续模式与电路带载特性的分析。
关键词：单端反激变换器 Matlab/Simulink 建模与仿真
二、反激变换器的基本工作原理
1.基本工作原理
（1）当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关
系，输出二极管VD截止，变压器储存能量，负载由输出电容C提供能量，拓扑电路
如下图。
图2-1开关管导通时原理图
为防止负载电流较大时磁心饱和，反激变换器的变压器磁心要加气隙，降低了磁心
..
的导磁率，这种变压器的设计是比较复杂的。
（2）当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变
压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量，原
理图如下图。
图2-2开关管截止时原理图
在开关管关断时，反激变换器的变压器储能向负载释放，磁心自然复位，因此反激
变换器无需另加磁复位措施。磁心自然复位的条件是：开关导通和关断时间期间，变压
器一次绕组所承受电压的伏秒乘积相等。
2、DCM(discontinuous current mode)&CCM(continuous current mode)
根据次级电流是否有降到零，反激可以分为DCM(副边电流断续模式）和CCM（副
边电力连续模式）两种工作模式。两种模式有其各自的特点。下面两种工作模式时的波
形。
..
图2-3反激变换器工作在CCM下的各个波形
图2-4反激变换器工作在DCM下的各个波形
两种工作模式有完全不同的工作特性和应用场合。以下是这两种工作模式的优缺点
比较。Ug为PWM脉冲信号、UT为开关管承受电压、IL1与IL2原副边电流、UL2副边电
压。
DCM的初级电流、次级电流可达CCM的两三倍，要求更大电流的开关管、输出
二极管以及耐高纹波的输出滤波电容。大的峰值电流会造成严重的RFI问题。
反激电路中变压器磁芯的磁通密度取决于绕组中电流的大小。在最大磁通密度相同
的条件下，CCM下的磁通密度的变化围要比DCM小，由Vi＝N*△B*Ae/DT可知，
CCM相对而言需要较多的匝数或是较大的磁芯。磁芯的利用率较低。
..
CCM下输出二极管在截止时，由于二极管反向恢复电流的影响，会有较大的开关
损耗，需要反向恢复时间短的二极管。而在DCM下，二极管在截止前已经没有电流通
过了，PN结中的存储电荷已经自己完成了复合，所以不存在反向恢复的问题。
三、反激电路的建模与仿真
打开matlab/simulink，按照与原理图依次选取各个电子元件，然后画出仿真电路
如下图3-1.
图3-1反激电路仿真原理图
Simulink 仿真模型图中电压源为100V直流电压。Pulse Generator为PWM脉
冲发生器，用于驱动IGBT，调节其占空比就可以控制输出电压的大小。Diode为电力
二极管，单向导通，阻止电流反向流动；电路的开关器件为 IGBT，R为电阻、C为输
出电容。Scope用于显示PWM脉冲信号、IGBT开关电流Is和开关管电压Us、副边
电流Iw2、负载电流I0、负载电压U0。算法选择ode15s，stop time选择0.005秒。
图中有几个比较重要的元件的参数需要设定。元件参数如下表3-2所示：
DC Voltage 100V
PWM周期 0．0001sec
..
变 压 器 f 10000HZ
V1 100V
V2 20V
R 5Ω
C 2e-4F
表3-2仿真电路中参数设置
图3-3当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,电阻R=5Ω,IGBT部电感=1e-8H各信号波形
..
图3-4当占空比D=5，Rm=50pu、Lm=2pu,电阻R=5Ω,IGBT部电感=1e-8H各信号波形
从图3-3和3-4可以看出：当其他条件不变时，减小占空比，电路由连续模式变为
断续模式。
..
图3-5当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=5Ω,IGBT部电感=1e-8H各信号波形
图3-6当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=1pu,R=5Ω,IGBT部电感=1e-8H各信号波形
从图3-5和3-6可以看出，当其他条件不变，减小变压器Lm值时，电路由连续模
式变为断续模式。
..
图3-7当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=5Ω,IGBT部电感=1e-8H各信号波形
图3-8当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8Ω,IGBT部电感=1e-8H各信号波形
从图3-7和3-8可以看出，其他条件不变增大输出电阻阻值，电路由连续模式变为
..
断续模式，且输出电压Uo和输出电流Io将越来越大、趋于无穷。
图3-9 当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8Ω,IGBT部电感=1e-8H时各信号波形
图3-10当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8Ω,IGBT部电感=0.1H时各信号波形
..
从图3-9和3-10可以看出，其他条件不变增大IGBT部电感值，电路由连续模式
变为断续模式。
四．结论
（1）在其他条件不变的情况下，占空比D、变压器Lm值、输出电阻R、IGBT部
电感的变化可以决定电路是工作在电流连续状态还是断续状态。
（2）电流断续模式下，在输出电阻比较大的极端情况下，由于T导通时储存在变
压器电感中的磁能无处消耗，故输出电压将越来越高，损坏电路元件，所以反激式变换
器不能在空载下工作。
参考文献：
[1] 金海明，安平.电力电子技术[M].：邮电大学，2005。
[2] 怀琛，吴大正，高西全.MATLAB及在电子信息课程中的应用[J] .：电子工业，
2006。
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