反激变换器磁学分析
一、反激变换器变压器功能及其占空比
如图1所示,为反激变换器拓扑,变压器一次绕组匝数和变压器二次绕组匝数
之比为
;
反激变换器变压器功能:
由图1中正负号所示,一次绕组和二次绕组的感应电压方向相反,当开关管导通时,输入电压加在一次绕组两端,同时,电压值为
,方向和
相反的电压加在二次绕组上,此时,由于D2的存在,二次绕组中并无电流通过;
二次绕组上感应电压的计算,由感应电压公式
,可知一次绕组两端电压
,二次绕组两端电压
,因为一、二次绕组共用同一磁芯,磁通变化量相同,所以
;
由之前的BUCK-BOOST变换器可知,开关导通时变压器储存能量,开关关断时变压器释放能量,在开关导通时一次侧开关节点电压为,在开关关断时二次侧开关节点电压为
,由变压器电压折算公式可知,二次侧开关节点电压为
时,一次侧开关节点产生的感应电压为
,所以在开关关断时,一次侧开关节点的电压会升致
,所以在选择开关管电压时要留足余量;
占空比计算:
由伏秒平衡法则可知,,且占空比
。
下面分别分析开关闭合和关断时一次绕组和二次绕组两端的电压(使用KVL进行分析),首先当开关管闭合时,一次绕组两端电压为,二次绕组两端电压由变压器电压比可知
;当开关管断开时,上文分析
,
,分别将一、二次绕组在开关管闭合和关断器件变压器两端的电压带入占空比计算公式可得
。
二、一、二次绕组电流关系分析
在之前的文章中提到电感的能量计算公式为,可知
,
,因为一二次绕组使用同一磁芯,即磁芯能量相等,所以可得
,在之前的文章中提到电感量的计算公式为
,其中
为电感系数,N为电感匝数,将电感量计算公式带入磁芯能量计算公式,可得反激变压器一、二次绕组上面的电流关系为
。
三、将反激变换器等效为两个BUCK-BOOST变换器
一次侧电路等效BUCK-BOOST变换器:
| 一次等效模型 | 二次等效模型 | |
| Vin | Vin | |
| Iin | Iin | |
| Cin | Cin | |
| L | Lp | Ls |
| Vo | Vo*n | Vo |
| Io | Io/n | Io |
| 平均值 | Io/[n*(1-D)] | Io/(1-D) |
| Co | Co | |
| 占空比 | D | D |
| Vd | Vd*n | Vd |
| 纹波率 | r | r |
要是两个等效模型的输出电容储存的能量相等,从能量角度理解,可知,反激变换器输出电容充电到Vo时储存的能量为
,则对于一次侧等效模型而言输出电压为
,所以要使电容储存的能量不变,输出电容通过能量守恒可得
,二次侧的输入电容分析方法相同;
所以反激变换器的纹波率和BUCK-BOOST变换器的纹波率设置方法相同。
