單端反激電路在逆變電源中的應(yīng)用

單端反激電路在逆變電源中的應(yīng)用時間：2012-06-1116：05：56來源：作者：種采用多管并聯(lián)和能量回饋技術(shù)的單端反激電路，該電路在低壓供電的逆變電源中使用，具有電路簡單、效率高、穩(wěn)定可靠等特點。0引言目前，由電池供電的逆變電源一般由兩級組成，前級DC/DC電路將電池電壓變換成直流約350V電壓，后級DC/AC電路將直流350V電壓變換為交流220V電壓。在這類逆變電源中，前級DC/DC電路一般供電電壓較低（12V、24V或48叼，輸入電流較大，功率管導(dǎo)通壓降高，損耗大，所以電源效率很難提高。其電路形式有：單端反激、單端正激、雙管正激、半橋和全橋等，對于中小功率（約0.5~1kW）而言，單端反激電路具有一定優(yōu)勢，如：電路簡單、控制方便、效率高等。本文以24V電池供電，輸出350V/1kW為例，對單端反激電路，在逆變電源前級DC/DC電路中的應(yīng)用做一些探討。1常規(guī)單端反激電路結(jié)構(gòu)常規(guī)單端反激電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，該電路的缺點在于功率管VT截止時，變壓器初級的反峰能量，被VD1、C1和R1組成的吸收電路消耗掉;而且在輸出功率相同的情況下，功率管通過電流（相對于多管并聯(lián)）大，導(dǎo)通壓降高，損耗大，所以效率和可靠性較低。 , vdq一v口NX4—一圖1常規(guī)單端反激電路結(jié)構(gòu)2多管并聯(lián)的單端反激電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，該電路的特點是，主功率電路采用4只功率管并聯(lián)，每只功率管通過的電流為單管應(yīng)用時的1/4（假定4只功率管參數(shù)一致），則功率管的導(dǎo)通壓降也應(yīng)為單管應(yīng)用時的1/4.根據(jù)計算，在輸出550W時，理論上，4管并聯(lián)比單管可減小通態(tài)損耗約20W,提高效率近3個百分點。圖24只功率管并聯(lián)主功率電路3采用能量回饋技術(shù)的單端反激電路結(jié)構(gòu)采用能量回饋技術(shù)的單端反激電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，其主要波形如圖4所示。在本電路中，用電容C2、電感L1、二極管VD1和VD2組成變壓器初級反峰吸收電路，可使大部分反峰能量回饋到輸入電容C1上，減少了能量損耗，提高了電路效率。圖3初級反峰吸收電路4——KH-

4——KH-

九L辦k44圖4初級反峰吸收電路主要波形其工作原理如下：（1）t0~t1階段。t0時刻功率管截止，變壓器初級電感L、漏感LK、電容C2和功率管輸出電容C0開始諧振，并很快使C2電壓達(dá)到U0（N1/N2），隨后次級二極管導(dǎo)通，初級電壓被鉗位到U0（N1/N2），初級電感L退出諧振，到t1時刻IK為0,同時C2和C0上電壓達(dá)到最大值，即開關(guān)管電壓US達(dá)到最大值（UIN+UC2MXA）。（2）11~t2階段。在LK、C2、C0繼續(xù)諧振，同時電感L1參與諧振，C2、C0給輸入電容C1回饋能量，并且給L1補(bǔ)充能量，到t2時刻諧振停止，C2電壓又下降到U0（N1/N2）。（3）t2~t3階段。t2時刻開始，電感L1給輸入電容C1回饋能量。C2電壓被鉗位在（N1/N2）U0、C0即開關(guān)管上電壓為UIN+（N1/N2）U0,均保持不變，至Ut3時刻，L1中能量釋放完畢。（4）t3~t4階段。開關(guān)管完全截止，C2電壓、C0電壓（即開關(guān)管電壓）繼續(xù)保持不變。（5）t4~t5階段。t4時刻功率管導(dǎo)通,其電壓US開始下降,C0開始通過開關(guān)管放電,并很快放完畢（全部損耗在功率管上）;C2和L1開始諧振，即把C2中的能量轉(zhuǎn)移到L1中，在t5時刻L1中電流達(dá)到最大值，功率管完全導(dǎo)通。

（6）t5~t6階段。t5時亥【JL1通過VD1和VD2給輸入電容C1回饋能量，并給C2充電到-UIN,到t6時刻L1中能量釋放完畢。（7）t6~t7階段。該階段功率管繼續(xù)處于完全導(dǎo)通狀態(tài)。以上過程形成一個完整工作周期，可以看出，變壓器漏感中的能量大部分被回饋到輸入電容C1中（C0中有部分能量被消耗掉），所以電源效率得到提高。4主要器件電壓電流應(yīng)力計算由圖3及原理分析，可得到如下計算公式：TOC\o"1-5"\h\z□gMAX=L'lNMIN+口。八「必+ (1)21-CU ■+-Cu「廣C2MAX-QCOMAX2—sen一片十QMAX□INMIN=TTt Tl’inmZonmax'工PK-IPAV+—1「31「3工Jlimxa2=-CU.22C2MAX——gOL'⑹1其中：USMAX即UCoMAX為功率管VT1~VT4所承受的最大電壓應(yīng)力;UINMIN為輸入電壓最小值（取21V）;U0為輸出電壓（取350V）;N1、N2為變壓器初次級匝數(shù)（取15匝和117匝）；△UC2由漏感引起的尖峰電壓；IPK為漏感即初級峰值電流；LK為初級漏感（取04 ）；C2為外接電容（取30000pF）；C0為VT1~VT4輸出電容之和（取4000pF）；IPAV為功率管導(dǎo)通期間總電流平均值；為電源效率（取92%）；

DMAX為最大占空比（取0.7）；△Ip為開關(guān)管導(dǎo)通期電流變化量；tONMAX為開關(guān)管最大導(dǎo)通時間（取23 ）；L為變壓器初級電感值（取38H）;IL1MAX為L1（取0.5mH）中通過的最大電流;PLK為漏感回饋到輸入端的能量；f為功率管開關(guān)頻率（取30kHz）。由以上⑴?伯）式推導(dǎo)和化簡，可得出下式：『FK=片 )+皆『FK=片 )+皆1^ONMAX(8)-(4必/必))(11)由（7）~（11）式可計算出功率管、電感L1所承受的電流電壓應(yīng)力（輸出功率550W時）以及反峰吸收電路回饋到輸入端的能量：IPK=47AUSMAX=188VILiMAX=i.5APLKF.25W同時由（7）~（11）式還可以看出：（1）若要減小開關(guān)管電流應(yīng)力IPK,則應(yīng)增加占空比D和變壓器初級電感量L;（2）若要減小開關(guān)管電壓應(yīng)力USMAX,則應(yīng)減小變壓器初級漏感LK,同時增加C2值（C0的值由功率管參數(shù)決定）；（3）若要減小電感L1中最大電流IL1MAX,則應(yīng)增大電感L1的電感量;（4）采用反峰吸收電路后，節(jié)省能量13.25W,可提高電源效率約2個百分點。由以上計算可知，4只功率管額定電流至少應(yīng)大于50A,考慮到功率管參數(shù)的差異性，其導(dǎo)通電流不完全相等，并且一般要留一定的安全裕量，所以，實際應(yīng)用每只功率管額定電流值應(yīng)大于50A,通態(tài)電阻愈小愈好，而耐壓最好大于250V.根據(jù)如下公式，可出計算出二極管VD0所承受的電壓應(yīng)力UD0、電流應(yīng)力ISK:由UDO=U0+UINMAXN2/N1（12）

得：UDO=584V由IPKN1=ISKN2（13）得：ISK=6A其中：ISK為次級峰值電流值。一般要留一定的安全裕量，所以，而選用二極管額定電壓應(yīng)大于800V,額定電流應(yīng)大于20A（考慮到過流、短路等因素）。5兩路單端反激并聯(lián)電路結(jié)構(gòu)若要增加輸出功率，采用如圖5并聯(lián)結(jié)構(gòu)，該電路結(jié)構(gòu)可輸出功率約i.ikW,用一只SG3525控制即可。圖5兩路單端反激并聯(lián)電路結(jié)構(gòu)6試驗結(jié)果由兩路單端反激并聯(lián)組成的逆變電源前級DC/DC電路（見圖5），輸出功率約i.ikW,試驗結(jié)果如表1所示。表1前級DC/DC試驗結(jié)果輸入電壓仃皿21.064V24.030V30.012V輸入電流加57.01A49.05A38.35A輸出電壓口。345,1V345.0V343,4V輸出功率先）1087.5W1085.3W1075.9W效率不90.6%92,1%93.5%由上述DC/DC電路組成的ikVA逆變電源，輸出AC220V50Hz正弦波，試驗結(jié)果如表2所示，該電源體積32ox2oox6omm3.

表2ikVA逆變電源試驗結(jié)果輸入電壓心21輸入電壓心21」70V輸入電流幾54.8A輸出電壓220.35V輸出功1020.2W效率叩87.9