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1主电路拓扑及工作过程分析
本设计所采用的主电路拓扑如图1所示。其中VQ1~VQ4为4个开关管,VD1~VD4分别是4个开关管的寄生二极管,C1~C4分别为4个开关管的结电容和外接电容,VQ5和VQ6是2个箝位二极管,Lr是谐振电感,VDR1和VDR5为输出整流二极管,CDR1和CDR2为输出整流二极管的等效并联电容。VQ1和VQ3组成超前桥臂,VQ2和VQ4组成滞后桥臂,每个桥臂的2个开关管互补180°导通,2个桥臂的导通角相差1个相位。即移相角,通过调节该相位就可以调节输出电压。这种拓扑通过增加2个箝位二极管VQ5、VQ6来消除次级整流管反向恢复引起的电压振荡,减小了次级整流管的电压应力,并且箝位二极管VQ5、VQ6,在一个周期里分别只导通一次,减小了二极管VQ5,VQ6的电流损耗,提高了变换器的效率。图2为变换器的工作波形,其中,iLr为Lr上的电流,ip为变压器原边电流,UAB为A、B两点电压差,iD5为VD5的电流,iD6为VD6的电流。
图2中,在一个开关周期中,该变换器有16种开关状态,这里只分析前8种状态。在分析前,先作如下假设:除输出整流二极管外,所有开关管、二极管、电感和电容均为理想器件:变压器的漏感很小,可以忽略不计;Lf>>Lr/K2(K是变压器原副边匝比):输出整流二极管等效为一个理想二极管和一只电容的并联。
1)状态1[t0,t1]:在t0时刻以前,VQ1,VQ4和VDRl导通。在t0时刻,VQ1关断,谐振电感上的电流iLr对C1充电,对C2放电,由于有C1和C2,VQ1为零电压关断,VD5和VD6不导通。
2)状态2t1,t2]:t1时刻,C3的电压降为O,VD3自然导通,此时可以零电压开VQ3。CDR2继续放电,iLr和变压器原边电流ip继续下降。
3)状态3[t2,t3]:t2时刻,CDR2完全放电,VDR2导通,2个整流二极管都导通,副边短接,iLr和ip相等,处于自然续流状态。
4)状态4[t3,t4]:t3时刻,关断VQ4,ip给C2放电,给C4充电,iLr和ip相等,一起线性下降,由于有C2和C4,VQ4是零电压关断。
5)状态5[t4,t6]:t4时刻,VD2导通,VD2能够零电压开通。t5时刻,ip由正向过零,且向负方向增加,由于ip不足以提供负载电流,VDR1和VDR2仍然导通,Vin全部加在Lr上,iLr和ip同时线性负增长。
6)状态6[t6,t7]:t6时刻,VDR1关断,VDR2流过全部负载电流。Lr与CDR1谐振,给CDR1充电,iLr和ip继续线性负增长。
7)状态7[t7,t8]:t7时刻,Cdr1电压上升到2Vm,VD6导通,将原边电压箝位在Vin,因此CDR1电压被箝位在2Vin/K,到t8时刻,ip等于iLr,VD6关断。
8)状态8[t8,t9]:在此状态中,原边给负载提供能量,iLr和ip相等。
2磁性元器件设计
2.1变压器设计
变压器原副边匝数比为
式中,Vinmin为输出电压最小值,V。为输出电压,VD为输出整流二极管压降,Dmax为副边最大占空比,这里取为0.8,因此,匝数比K取为2。
用铁氧体磁芯EE55绕制该变压器,原边用7根线径为0.33mm的漆包线并绕28匝,副边用11根线径为O.33mm的漆包线并绕14匝。
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