采用磁放大器后级稳压的新颖正反激变换器设计.docx

采用磁放大器后级稳压的新颖正反激变换器设计王小彬，蓝丽金，毛行奎（福州大学电气工程与自动化学院，福州350108）Email：wxb1223@126.com摘 要 提出了一种新颖的正反激多路输出变换器，主路输出采用 PWM控制，辅路输出采用磁放大器 控制，该变换器可以应用在功率不平衡的多路输出的场合，具有正激变换器高效率、反激变换器低成本和多路输出高交叉调整率等优点。文章分析了变换器的工作原理，并给出了关键电路参数的设计，最后制作了一台两路输出（48V/5A、12V/1A）的正反激变换器实验样机，实验结果验证了新方案的可行性。关键词 正反激变换器，多路输出，磁放大器1．引言磁放大器后级稳压技术已广泛应用于多路输出的开关电源中，与其他后级稳压技术，如线性稳压器、开关模式后级调整等相比，磁放大器后级稳压技术具有高可靠性、高效率、低成本，以及结构、控制简单等优点，特别是在大输出电流场合优势更为明显[1]。长期以来，磁放大器后级稳压技术主要应用于多路输出正激变换器中，后面也有人研究了采用磁放大器后级稳压技术在多路输出反激变换器中的应用，但在多路输出正反激组合变换器中磁放大器后级稳压技术的研究较少[2-3]。文章研究了采用磁放大器后级稳压技术的多路输出正反激变换器的工作原理，并给出了关键电路参数的设计，该变换器可以应用在功率不平衡的多路输出的场合，具有正激变换器高效率、反激变换器低成本和多路输出高交叉调整率等优点，最后通过一台实验样机验证了方案的可行性。2．工作原理图1所示的为采用磁放大器后级稳压的正反激变换器原理图，主路输出VO1由正激变换器和反激变换器并联组成，辅路输出VO2与传统的反激变换器二次侧结构相似，不同的是磁放大器（SR）与二极管VD4串联，通过磁放大器反馈控制，实现输出电压的稳定，同时绕组NS2、NS3兼做正激变换器的磁芯复位绕组。图2所示的为采用磁放大器后级稳压的正反激变换器关键工作波形。图 1 采用磁放大器后级稳压的正反激变换器原理图国家自然科学基金项目（资助号现由图2波形来说明图1的工作原理：在0~d·Ts 阶段（d、Ts分别为开关占空比和周期），在驱动电压vgs作用下，开关管VS导通，输入电压Vin加在激磁电感Lp上，电流ip线性上升，二极管VD1正偏导通，VD2、VD3和VD4反偏截止，此时变压器通过初级绕组NP和次级绕组NS1向主路输出VO1传递能量，同时激磁电感Lp也储存磁化能量，辅路输出由电容C2供电，磁放大器SR处于去磁状态，去磁电压VSR-=vS3-Vm（此时副边线圈NS3的电压vS3=-Vin·NS3/NP，Vm为磁放大器控制电路的复位电压，其中NP、NS1、NS2、NS3为变压器原副边线圈的匝数）；在d·Ts~(d+d1)·Ts阶段（d1·Ts表示磁放大器激磁时间，记为tjc），开关管VS 截止，二极管VD2、VD3正偏导通，电感L 的电流iL经负载和VD2续流，激磁电感LP储存的磁化能量通过绕组NS2向主路输出VO1供电，SR的激磁电压VSR+=vS3-Vm（vS3=VO1·NS3/NS2），SR处于高阻截止状态，二极管VD4仍截止，辅路输出由电容C2供电，经过时间tjc后，SR被激磁到饱和，VD4导通，变换器进入(d+d1)·Ts~Ts期间，绕组NS3电压vS3被嵌位在VO2，则绕组NS2电压VS2=VO2·NS2/NS3，若使电压VS3VO1，即有：Vo2Ns3 ??Vo1Ns2（1）此时VD3反偏截止，激磁电感LP储存的磁化能量通过绕组NS3向辅路输出VO2放电，因此通过控制tjc的大小就可以实现辅路输出的后级稳压，即式（1）是反激型辅路输出能使用SR后级稳压的必要条件。由以上过程分析可知，主路输出 VO1 由正激变换器和反激变换器并联组成共同供电，采用PWM反馈控制，辅路输出VO2由一个单独的反激变换器组成，采用磁放大器反馈控制，通过SR对磁化能量进行分割，主路输出VO1的反激变换器在d·Ts~(d+d1)·Ts阶段获取磁化能量，辅路输出VO2的反激变换器在(d+d1)·Ts~Ts阶段获取磁化能量，即采用分时控制。3．正反激变换器设计与实现本节以前面的分析为基础，推导出关键电路参数的设计方法。变换器的输入电压为Vin，开关周期为TS，占空比为d，主路输出为VO1/IO1,辅路输出为VO2/IO2。3.1变压器设计因为变换器为正反激共用一个变压器，磁芯同时工作在第Ⅰ类工作状态和第Ⅱ类工作状态[4]，同时绕组NS2和绕组NS3必须满足分时控制的条件，所以变压器的设计比较复杂。稳态时，变压器伏秒平衡，可以推得如下式子：Vin d ??NPVO1d1NS2 ??NPVO2d2NS3（2）d ??d1 ??d 2 ??1当主路输出的电感L电流连续后，占空比d的大小为：（