低压输入交错并联双管正激变换器的研究

原理描述如下。

(a)[t0～t1] (b)[t1～t2] (c)[t2～t3](d)[t3～t4] (e)[t4～t5] (f)[t5～t6]

图3 各 种 开 关 状 态 下 的 等 效 电 路

1)开关模态1[t0～t1][参考图3(a)]

在t0时刻前，Q1、Q2、D1、D2上电压均为Uin/2，Q3、Q4上电压均为Uin。负载电流I0通过D7续流，D3、D4导通，磁化电流减小，T2铁心磁复位。t0时刻，Q1、Q2开通，D1、D2、Q3、Q4仍截止，D3、D4仍导通，T2励磁电流i2M继续通过D3、D4续流，线性减小，回馈电源。D7关断，D5导通，电源通过T1给副边传输能量。T1磁化电流i1M从零线性上升，

i1M(t)=(Uin/L1M)(t－t0) (1)

i2M(t)=I2M0－(Uin/L2M)(t－t0) (2)

式中：L1M、L2M——对应T1、T2原边磁化电感；

I2M0为Q1、Q2开通时刻（t0时刻）对应另一路T2的励磁电流值。其大小解释如下：t1时刻，励磁电流

i2M(t1)=0，t0-1=t1－t0=(2D－1/2)Ts

也即

I2M0=(Uin/L2M)(2D－1/2)Ts

这一时段内D1、D2、Q3、Q4上承受的电压均为Uin。

2)开关模态2[t1～t2][参考图3(b)]

t1时刻，励磁电流i2M（t1）为零，D3、D4自然关断，此时T2原边磁化电感L2M、漏感L2S、Q3、Q4漏源结电容Coss3、Coss4开始谐振。i2M反向流动，给Q3、Q4漏源结电容放电，如果uds3(uds4)下降到零，因Q3、Q4体二极管导通，uds3(uds4)将被箝位为零。这一时段因为另一路中Q1、Q2导通，使得D7上的电压被箝为Uin/n，而T2副边电压不会超过Uin/n，因而不会出现单路双管正激副边箝位为零的情况，所以在T2绕组上（同名端）出现正压。对应有

uds3(t)=uds4(t)=Uin·〔1＋cosωr(t－t1)〕/2 (3)

i1M(t)=(2D－1/2)Ts＋(t－t1) (4)

i2M(t)=－(Uin/Zr)sinωr(t－t1) (5)

式中：ωr=1/；

Zr=；

L2=L2M＋L2S。

这一时段D3、D4上的电压uD3=uD4=Uin－uds3，uT2PR1M=Uin－2uds3，t2时刻

uds3(t2)=uds4(t2)=Uin· (6)

i1M(t2)=I1M(＋)=(Uin/L1M)DTs (7)

i1M(t2)=(Vin/Zr)sin(ωrt1-2) (8)

式中：t1-2=t2－t1=(1/2－D)Ts。

3)开关模态3[t2～t3][参考图3(c)]

t2时刻，Q1、Q2关断，D1、D2开通续流，T1磁化电流从正向最大值I1M(＋)线性下降，

i1M(t)=I1M(＋ )－(Uin/LM)(t－t2) (9)

i1M(t3)=(Uin/LM)(2D－1/2)Ts (10)

D5关断，D7开通，负载电流Io经D7续流。此时，T2原边继续谐振，因此时T2绕组（所标同名端）电压为正，使得D6、D7同时导通，把T2副边箝位为零，从而谐振回路变为T2漏感L2S与Q3、Q4结电容的谐振，释放漏感能量，使得T2磁化电流到零，uds3、uds4迅速上升至Uin/2，之后保持在Uin/2，直到下一开关状态。

4）开关模态4[t3～t4][参考图3(d)]

5）开关模态5[t4～t5][参考图3(e)]

6）开关模态6[t5～t6][参考图3(f)]

t3时刻，对应下半周期开始，两路双管正激电路互换工作状态，重复前半周期的工作情况，对应的相关公式互换一致，这里不再赘述。t6时刻，Q1、Q2再次开通，开始下一个周期。

3 电路特点分析

从以上开关模态分析可知，双路交错并联双管正激DC/DC变换器交替工作，向副边传输能量，通过二极管D1、D2或D3、D4向电源回馈能量，实现铁心磁复位，电路结构简洁。并且主功率管关断期间只承受电源电压，这样就可以选用低压高速、导通电阻小的功率管，从而减小功率管导通损耗和开关损耗。

而且，因两路交错并联结构的使用，电路具有以下优点：

——在同样开关频率下，输出滤波电感上电压的频率提高了一倍，这样减小了输出滤波电感的体积；同时输入电流脉动频率提高一倍，亦减小了输入滤波器的体积，从而进一步减小整机的体积。

——由于两路交错并联，使得整流侧输出电压等效占空比增加一倍，这就带来两个好处：一是使功率管工作在占空比小于0.5的情况下，整流侧输出电压占空比可以在0～1之间变化，提高了电路的响应，并有利于驱动电路的设计；二是在同样输出电压的情况下，整流侧峰值电压减小一半，续流时间减小，有利于选择低电流定额的续流管。

——并联结构可以使每个并联支路流过更小的功率，消除变换器的“热点”，使热分布均匀，提高可靠性。

在原理分析和样机制作中，我们也注意到寄生参数的谐振会使变压器出现小范围的双向磁化，但由于谐振参数均较小，因此，对变压器铁心的选择以及变换器工作影响不大，最大占空比仍可取在0.5左右。

4 实验结果及讨论

在对双路交错并联双管正激DC/DC变换器工作原理分析基础之上，完成了一台DC 27V/DC 190V，1kW的样机研制，样机的主要实验数据为：

——输入直流电压：20～30V；

——输出直流电压：190V；