正激变换器工作原理

正激变换器

实际应用中，由于电压等级变换、安全、系统串并联等原因，开

DC-变关电源的输入输出往往需要电气隔离。在基本的非隔离DC

DC-变换换器中加入变压器，就可以派生出带隔离变压器的DC 器。例如，单端正激变换器就是有BUCK变换器派生出来的。

一工作原理

1 单管正激变换器

单端正激变换器是由BUCK变换器派生而来的。图（a1）为BUCK 变换器的原理图，将开关管右边插入一个隔离变压器，就可以得到图（a2）的单端正激变换器

图（a1）BUCK变换器

图（a2）单端正激变换器

BUCK 变换器工作原理：

电路进入平恒以后，由电感单个周期内充放电量相等，

由电感周期内充放电平恒可以得到：

⎰==T dt L

u T L U 001

即：

可得：

单端正激变换器的工作原理和和BUCK 相似。

其工作状态如图如图（a3）所示：

图（a3）单端正激变换器工作状态

开关管Q 闭合。如图所示，当开关管Q 闭合时的工作状态如图a4所示，

⎰

⎰=--O N O N t T t o o i dt U dt U U 00)(i i ON o o o i OFF

o ON o i DU U T

t U T

D U DT U U t U t U U ==-=-=-)1()()(

图（a4）

根据图中同名端所示，可以知道变压器副边也流过电流，D1导

通，D2截止，电感电压为正，变压器副边的电流线性上升。在此期间，电感电压为：

O I L U U N N u -=1

2 开关管Q 截止。开关管截止时，变压器副边没有电流流过，副边电流经反并联二极管D2续流，在此期间，电感电压为负，电流线性下降:

O L U U -=

在稳定时，和BUCK 电路一样，电感电压在一个周期内积分为零，因此：

()S O S I T D U DT U U N N ⨯-⨯=⨯⎪⎭

⎫ ⎝⎛-1120 得：

I O DU N N U 1

2= 由此可见，单端正激变换器电压增益与开关导通占空比成正比，

比BUCK电路只多了一个变压器的变化。

回馈式单端正激变换器

回馈式单端正激变换器单端正激变换器的实用电路拓扑，其原理图如图（a5）所示

图（a5）

回馈式单端正激变换器的工作原理和单端正激变换电路相似，只是在在原边增加了一个回馈环节。其工作状态如图（a6）所示

图（a6）

当Q开通时，工作原理和单端正激变换器相似，电流从N1端流过，电流线性增大，同时向副边传递能量。

当截止时，Np 两端电压为-Ui ，Nr 端同名端变副大小为I U Np Nr ，同时通过二级管向输入电源回馈电能。

2 三路输出正激变换器

原理图如图（b1）所示

图（c1）

由三路输出正激变换器的拓扑可得，其副边拓扑只是在单端正激变换器的基础上再加了两个辅输出部分，所以它的工作原理和单端正激变换器相似。其原端和回馈式单端正激变换器一样。

3 双端正激变换器

工作原理：开关管Q1和Q2同时开通或截止，如图（c2）所示。

图（c2）

当Q1和Q2同时导通时，二极管D1和D2反偏截止，输入Ui通过变压器T向副边传输能量，副边二极管D3和D4导通，副边电感L1和L2上电压线性上升，电感开始储能。

当Q1和Q2同时截止时，如图（c3）变压器原边上通过铁芯感

应的电压通过二级管D1和D2向输入电源Ui反馈能量。

图（c3）

4 交错正激变换器

电路原理图如图（d1）所示：

图（d1）

其工作状态如图（d2）所示

图（d2）

工作原理：Q1和Q2分别开通在电路运行的上半周期和下班周期，并分别留有一定时间的死区。例如上半周期Q1开通，Q2截止。下半周期，Q2开通Q1截止。工作原理和回馈式单端正激变换器相同，只是在每个周期内有两个能量脉冲。

二各种正激变换器的优缺点

1 单端正激变换器

和非隔离开关电路拓扑相比增加了一个隔离变压器。

优点：

1 可以通过改变次级绕组和初级绕组的线圈匝数比来决定输出电压是降压还是升压，或者增大了电压的输出范围。

2 改变输出电压极性是非常方便的，只要将次级绕组线圈的两端对调，再将次级整流二极管和滤波电容的方向对调就可以。

3 输出和输入隔离，加大了电路抗干扰的能力。

缺点：

1 由于变压器漏感的存在，当Q1截止时，其两端将承受非常高的电压应力，易将开关管Q1损坏。

2 磁芯利用率不高，单位周期内只有一个功率脉冲。

3 变压器的磁芯由于一直工作于被置位状态，容易饱和。

回馈式单端正激变换器

回馈式单管正激变换器在原来基础上增加了回馈环节，实现了能量的回馈，而且为变压器提供了磁芯复位回路。但是当磁芯工作于复位状态时，开关管同样要承受很大的电压应力。

由此可以得出，单端正激变换器只能用于输出功率不是很大的情况下。

2 三路输出正激变换器

三路输出正激变换器和单端正激变换器拓扑结构相似，其优缺点也一样。

和单端正激变换器一样，三路输出正激变换器也只能用于输出功率不是很大的情况下。

3 双端正激变换器

双管正激变换器使用两个开关管，这样做有显著地优势。

1 关断时每个开关管仅承受一倍的直流输入电压电压，这样就可以使输出的功率加大。

2 关断时不会出现漏感尖峰。

由此可以得出，和单端正激变换器相比，双管正激变换器能用于相对比较大的输出功率地情况下。

4 交错正激变换器