電路工作過程分析

能量正向流動時工作過程分析

• 階段 1（能量正向流動）：此階段開始時，主管 S1 和整流管 S2 被觸發(fā)導通。輸入電流流入變壓器原邊繞組的同名端，輸出電流流出變壓器次邊繞組的同名端。此時能量由輸入側(cè)向負載側(cè)傳輸?shù)姆绞脚c傳統(tǒng)的單端正激變換器基本一致，其電流流向如圖 4 (a) 所示。圖 4 (a) 中的 i1 代表變壓器原邊電流，i2 代表變壓器副邊電流（下同）。此過程直到主管關(guān)斷時結(jié)束。
  

• 階段 2（死區(qū)時間 1）：此階段剛開始時，主管 S2 和整流管 S2 關(guān)斷，續(xù)流管 S3 仍未導通但其體二極管已經(jīng)導通。由于變壓器漏感的限制，變壓器副邊的電流由輸出電流逐漸減小，而流過續(xù)流管體二極管的電流則由零開始逐漸增大。在此階段中，輸出電流在由整流回路向續(xù)流回路轉(zhuǎn)換。此過程電流方向如圖 4 (b) 所示。圖 (b) 中的 i2a、i2b 分別表示負載電流流經(jīng)整流管和續(xù)流管的兩部分。

• 階段 3（續(xù)流階段）：此階段開始時，續(xù)流管 S3 被觸發(fā)導通，輸出電流主要經(jīng)由 S3 續(xù)流，損耗大為降低。此階段將持續(xù)到續(xù)流管 S3 關(guān)斷時結(jié)束，其電流流向如圖 4 (c) 所示。

• 階段 4（死區(qū)時間 2）：此階段剛開始時，續(xù)流管 S3 關(guān)斷，但其體二極管仍導通續(xù)流。輸出電流完全經(jīng)由續(xù)流管的體二極管進行續(xù)流。此階段直至主管導通以后才中止。此過程電流方向如圖 4 (d) 所示。至此，主電路一周期的工作結(jié)束。當電路下一次動作時，主管 S1 和整流管 S2 又會導通，電路重新進入階段 1 的工作狀態(tài)。

能量反向流動時工作過程分析

• 階段 1（續(xù)流）：此階段中，續(xù)流管導通、整流管關(guān)斷，蓄電池放電電流 i1 流過電感線圈 L，電流線性增加，電能以磁能形式儲存在電感線圈 L 中。此過程電流方向如圖 5 (a) 所示。
  

• 階段 2（反向放電）：此階段中，續(xù)流管關(guān)斷、整流管導通。電感 L 將其中儲存的磁能轉(zhuǎn)化為電能與蓄電池一起向輸入側(cè)放電。其電流流向如圖 5 (b) 所示。

變壓器、電感、電容參數(shù)的選取

• 變壓器的計算：變壓器副邊電壓 Vs 按式 (6) 計算：
  
  式中：Vo 代表輸出電壓；Vf 代表變壓器副邊的管壓降和輸出濾波電感的壓降。
  則變壓器副邊最低電壓應為：
  
  若輸入電壓 Vp 的最小值為 VPmin，可求得變比 n 為：
  
  式中：Bm 為鐵心的最大工作磁通密度；S 為變壓器磁芯的有效截面積。
  因此，可求得變壓器原邊繞組匝數(shù) N1 為：
  
  在計算第三繞組時，首先根據(jù)伏秒積平衡的原則計算復位電壓 Vr 為：
  
  式中：tDFFmin 為主管 S1 的最短關(guān)斷時間；VPmax 為最大輸入電壓。
  然后可求得負責變壓器原邊磁通復位的第三繞組的匝數(shù) N3 為：
  

• 輸出濾波電感 L 的計算：要計算輸出濾波電感的電感量，首先需確定流經(jīng)電感的電流△IL 的大小。從電感線圈的外形尺寸、成本、過渡響應等方面考慮，△IL 取輸出電流 Io 的 10% - 30% 比較合適。為更好地限制輸出電流中的紋波含量，本文取△IL 為輸出電流 Io 的 10%。綜上，由式 (13) 可求得電感 L 的大小：
  

• 輸出電容 C4 的計算：輸出電容的大小主要由輸出紋波電壓抑制的限值確定，即由△IL 以及輸出電容的等效串聯(lián)電阻 ESR 確定。通常輸出紋波電壓取為輸出電壓的 0.3% - 0.5%，本文中紋波電壓取 0.3%。所以，可求得：
  
  在求出 ESR 后，可根據(jù)廠家提供的產(chǎn)品手冊選取合適的濾波電容。

實驗結(jié)果

圖 6 為給蓄電池充電時整流管、續(xù)流管驅(qū)動信號的實測波形。此時原邊主管波形與整流管完全同步。圖 6 中通道 1 為整流功率器件的驅(qū)動波形，通道 2 為續(xù)流功率器件的驅(qū)動波形。圖 7 為能量反向流動時，整流功率器件、續(xù)流功率器件的驅(qū)動信號實測波形，此時原邊主功率器件不動作。圖 7 中通道 1 為整流功率器件驅(qū)動波形，通道 2 為續(xù)流功率器件驅(qū)動波形。圖 8 為能量正向流動時，DC/DC 變換器輸出 2V 電壓的實驗波形。從圖 8 中可看出，輸出穩(wěn)壓精度高，電壓紋波很小。