两种双管反激型DC/DC变换器的研究和比较

3.2 整机效率

由于反激型变换器的变压器磁芯要垫气隙，所以，漏感比一般的变换器中变压器要大。漏感大会直接导致主开关上产生很高的电压尖峰，需要另外加缓冲电路吸收。在上面对宽范围双管反激变换器的原理分析中，为简单起见而忽略了漏感的影响，但实际上漏感是不可能为零的，因此，图2（a）中的S₁及图2（b）中的S₂上都会有漏感引起的电压尖峰，需要加RCD电路加以吸收，则在R上损失比较多的能量。

而对于传统的双管反激变换器，在反激开始时，储存在漏感中的能量通过D₁及D₂全部反馈到输入侧，系统能量损失相对要小。

因此，在相同规格以及开关条件下，传统的双管反激变换器要比宽范围双管反激变换器整机效率高一些。

3.3 宽范围适应性

传统的双管反激变换器有两个二极管D₁和D₂在复位阶段对变压器钳位，所以，变压器上的复位电压不能超过输入电压，如图3（a）所示。也就是要满足以下条件：

V_inD=V_reset(1－D)=V_in(1－D)（1）

可以推出

D=50％（2）

可见传统的双管反激变换器不能工作在占空比大于50％，这就使其在宽范围场合应用时遇到了困难。

而本文提出的宽范围双管反激变换器没有这个条件限制，变压器上的复位电压可以大于输入电压，如图3（b）所示，所以，能够工作在占空比大于50％。另外，反激变换器的输入输出电压满足D/(1－D)的关系。通常，变换器的输入输出电压有4种关系，即D，1/(1－D)，D/(1－D)，D(1－D)。在这4种关系中，D/(1－D)的宽范围适应性要远远优于其它几种关系。宽范围双管反激变换器的增益正好是D/(1－D)的关系，所以，这种变换器的输入或输出电压调节范围很宽，特别适合用于超宽范围场合。

(a) 传统的双管反激 (b) 改进的双管反激

图3 两种变换器的变压器上的波形比较

Fig.3 Transformer waveform compariso of two converters

从以上的分析和比较可以看出，改进的双管反激变换器在宽范围适应性上有了很大的提高，但整机效率相对下降，其中的一个开关管电压应力也有所增大。所以，这两种双管反激变换器在性能上各有优劣（见表1），在选用这两种变换器时一般遵循以下原则：在效率要求比较高，但输入或输出电压调节范围不是很宽的场合，可以选用传统的双管反激变换器；而在输入或输出电压范围很宽，但效率要求不是非常高的情况下，可以选用宽范围双管反激变换器。当然，选用这两种变换器的前提是输入电压比较高，不然选用单管反激就可以了。

表1 两种变换器的性能比较

Tab.1 Performance comparison of two converters

4 实验结果比较

两台分别采用传统双管反激和宽范围双管反激拓扑的样机验证了以上的分析和比较。为了具有可比性，这两台样机的规格和参数须保持一致，只是传统的双管反激变换器的输入电压范围是250～400V，宽范围双管反激的输入电压范围为100～400V。这两台样机的其他规格和参数如下：

输出电压V_o 24V；

输出电流I_o 0～4A；

工作频率f 108kHz；

主开关S₁及S₂ IRF840；

整流二极管D_R1 Halfof30CPQ100；

变压器T n=160∶20，L_m=7.2mH，L_s=180μH；

钳位二极管D₁（D₂） BYV26C。

图4（a）、（b）、（c）是300V输入2.5A输出时传统双管反激变换器的主要实验波形。图4(a)是变压器原边的电压波形，正向电压为300V，反向复位电压大约为200V。图4(b)是开关管S₁漏源间的电压波形，其峰值为300V，然后经过一个振荡降至275V左右。图4(c)是开关管S₂漏源间的电压波形，其峰值为300V，经过振荡降至225V左右。两个开关管S₁及S₂的峰值电压均未超过输入电压。

(a) v_T of T (b) v_ds of S₁ (c) v_ds of S₂

(d) v_T of T (e) v_ds of S₁ (f) v_ds of S₂

图4 实验波形

Fig.4 Experimental waveform

图4（d）、（e）、（f）是150V输入4A输出时宽范围双管反激变换器的主要实验波形。图4（d）是变压器原边的电压波形，正向电压为输入电压150V，反向复位电压大约为200V，已经超过输入电压，占空比大约为57％，说明该变换器占空比可以大于50％。图4(e)是开关管S₁漏源间的电压波形，其峰值为150V，然后经过一个振荡降至130V左右。图4(f)是下管S₂漏源间的电压波形，其峰值为280V，然后经过一个振荡降至220V左右。

两个主开关上的漏源电压值和理论分析的有一定偏差（理论上S₁平台电压应该为输入电压，S₂平台电压应该是输出电压折算到原边的值，约为200V），这是因为在实际工作中变压器漏感的影响。当S₁关断，S₁的漏源电压上升到输入电压，但是，等到S₂关断后，由于漏感的影响，S₂的漏源电压会有一个振荡，期间会使得S₁的漏源电压有所下降，而使S₂的漏源电压略高于理论值。