RCD箝位正激变换器 毕设 中期

第2章 RCD箝位正激变换器

第2章 RCD箝位正激变换器

2.1 RCD箝位正激变换器稳态分析

本设计要求变换器所满足的参数要求： 输入电压：18-36v 输出电压：12v 输出功率：60w 输出电流：5A 频率：20kHz

RCD箝位正激变换器如图2.1所示:

TL*N2D1D2CRViCcRcDcS*N1Cs图2.1 RCD正激变换器

为了简化分析，假设输出滤波电感L、箝位电容Cc足够大，把电感用电流源Io表示，,箝位电容被看做是一个电压源在电路运行期间不变。

等效电路图：

TViCcDcRcLmLkS*N1*N2D1D2IoCs图2.2 RCD等效电路图

稳态工作时，每个PWM 开关周期分为六个区间： T0-T1

在T0时间,S打开,并且门极驱动电压决定了漏极电压的瞬时值.随着变压器加上输入电压,磁化电流以Vi/Lm的速率增加。变压器二次侧通过二极

10

第2章 RCD箝位正激变换器

管D1续流，输出电流Io以1/N的比率反射到一次侧。在时间段结束时漏极电压达到Vi。为了分析箝位电路，漏极电压在本时间段开始和结束时的斜坡可以忽略。 Tl -T2

在T1时漏极电压达到Vi，随着D1中电流的衰减，输出电感通过D2进行续流。在D1 和D2同时导通时，变压器一次侧的电压将被箝位在0.有效的电路元件是漏感和一次侧的电容。漏电感和一次侧的电容共同决定了从D1到 D2的电流是同时的。 T2 -T3

在T2时刻整个电感电流已经转移到D2，D1处于阻断状态。当变压器二次侧有电流流出，变压器一次侧的电压将下降到Imp。这个峰值磁化电流驱动由LM和Cs组成的复位网络 T3-T4

在T3时刻，箝位二级管打开，箝位电压Vc加在由LK和 LM.组成的网络。磁化电流被引入复位网络，并以Vc/LM的速率下降。 T4 –T5

当磁化电流在T4时刻达到0.箝位二极管电路将处于阻断状态，Vc加在由LM和Cs组成的共振回路上。漏极电压在共振中衰减到V1，与此同时D1导通。 T5 –T0

D1中将再次有磁化电流流过，由于D1和D2同时导通，变压器一次侧有效电压将被箝位在0。由于变压器一次侧被迫加上0电压，磁化电流将

继续维持在负Img保持不变。

11

Uds/vVi+VcVit/st3t4t5t6t0t1t2图2.3工作波形图

第2章 RCD箝位正激变换器

由上述分析可知，变压器工作在一三象限双向磁化．提高了铁芯利用率。在低输入电压满载时，占空比最大，应该让整个截止时间作为变压器磁复位即无死区时间(T5-T0)，这样可保证功率开关最小的开通损耗(Uds下降到Ui)和最低电压应力。据变压器伏秒面积平衡原理，箝位电容电压:

Uc?Ui(min)?d(max)NUo?1?d(max)1?d(max)(2?1)式(2-1)中，N 为变压器匝比，Uo为输出电压。磁化电流变化量为:

Ui?TNUo?Ts(2?2)?Im??LmLm式(2-2)中，Ton，Ts分别为导通时间、周期，LM为磁化电感。T4-T5期间LM与Cs谐振，Cs中能量的减小应等于LM上能量的增加，即:

11Cc?Uc2?Lm?Im?222因此磁化电流量小值为:

Im???UcLmCsNUo?TsUc?LmLmCs磁化电流最大值为:

Im???Im?Im?? T2-T3期间LM与Cs之间的谐振，部分磁化能量转移到Cs中，剩余磁

化能量消耗在箝位网络中。若考虑漏感能量，据能量平衡 观点可得:

Uc211Io?fs(LmIm?2?CsUc2?fSLk()2R22N(2?3)式(2-3)中，LK为漏感，Uc2/R为箝位网络损耗。

1NUoR1(NUo)2R2Io21Uc???[(RCs?)?2fSLKR()]22Lm2LmfsNCs(2?4)由式(2-4)可知，Uc是由Fs，L ，Cs，LK，R等电路参数决定的，但它与电源电压Ui 无关，因而这使得功率开关有更低的电压应力。??

412

第2章 RCD箝位正激变换器

2.1.1 RCD箝位正激变换器电压增益

开关导通时的模型:

LN2*Vi/N1CR图2.4开关导通模型

N2?Vidi?Vo?LLN1dtiL?t??iL?0??t?N2?Vi?VoL 当t=Ton时：

?iL?Ton?N2?(Vi?Vo)L?N1L(2?5) 开关断开时：

CR图2.5开关关断时的模型

LdiL?Vo?0dtiL(t)?iL(0)??t?VoL当t=Toff时：

?iL??Vo?ToffL(2?6)在一个周期内电感电流的净增量为0。式（2-5）=（2-6） 且Ton=D·T Toff=（1-D）·T所以箝位正激变换器的电压增益为：

D?N?VoVi

13

第2章 RCD箝位正激变换器

2.1.2 RCD箝位正激变换器电感电流连续的条件

电感电流连续的的临界条件为：

1N?T(Vi?Vo)Io?iL?iLmax且iLmax?2on2L?N1于是推到出 :

D?1?2LR?TON2.1.3 RCD箝位正激变换器占空比的确定

当主开关管S开通时,变压器原方绕组所承受的电压为Ui。S截止时，原方绕组承受的反向电压为钳位电容Cc上的电压Uc，假设Uc足够大，则在S截止期间，可以认为Uc保持不变，则根据伏一秒值平衡可以得到：

D?VcVi?Vc(2?7)当主开关管S关断时，漏源电压应力为：

Uds=Ui+Uc

综合式(2-7)、(2-8)式可得：

N?VoVds?D?(1?D)(2?8)(2?9)在相同的N，Uo下，当输入电源电压Ui增大时，占空比D减小。从式（2-9）可以看出，当D变化时，开关管电压应力也随之变化。当D=0．5左右变化时，D(1-D)的值变化不大，也就是说，当输入电压变化比较大时，开关管电压应力变化不大，因此RCD钳位正激变换器特别适用于宽输入电源电压场合。一般D最大可以取到O.75左右。

在设计开关电源时，应该合理选择占空比，使得当输入电压为最大和最小值，开关管的电压应力相等。

Dmax=12N/18 Dmin=12N/36

欲使电压应力相等，则须满足以下条件：

N?VoN?Vo?Dmin?(1?Dmin)Dmax?(1?Dmax)14