兩種雙管反激型DC/DC變換器的研究和比較
從以上的分析和比較可以看出,改進(jìn)的雙管反激變換器在寬范圍適應(yīng)性上有了很大的提高,但整機(jī)效率相對(duì)下降,其中的一個(gè)開關(guān)管電壓應(yīng)力也有所增大。所以,這兩種雙管反激變換器在性能上各有優(yōu)劣(見表1),在選用這兩種變換器時(shí)一般遵循以下原則:在效率要求比較高,但輸入或輸出電壓調(diào)節(jié)范圍不是很寬的場(chǎng)合,可以選用傳統(tǒng)的雙管反激變換器;而在輸入或輸出電壓范圍很寬,但效率要求不是非常高的情況下,可以選用寬范圍雙管反激變換器。當(dāng)然,選用這兩種變換器的前提是輸入電壓比較高,不然選用單管反激就可以了。
表1 兩種變換器的性能比較
Tab.1 Performance comparison of two converters
傳統(tǒng)的雙管反激 | 寬范圍雙管反激 | |
---|---|---|
開關(guān)電壓應(yīng)力 整機(jī)效率 寬范圍適應(yīng)性 | 低高差 | 高低好 |
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較
兩臺(tái)分別采用傳統(tǒng)雙管反激和寬范圍雙管反激拓?fù)涞臉訖C(jī)驗(yàn)證了以上的分析和比較。為了具有可比性,這兩臺(tái)樣機(jī)的規(guī)格和參數(shù)須保持一致,只是傳統(tǒng)的雙管反激變換器的輸入電壓范圍是250~400V,寬范圍雙管反激的輸入電壓范圍為100~400V。這兩臺(tái)樣機(jī)的其他規(guī)格和參數(shù)如下:
輸出電壓Vo 24V;
輸出電流Io 0~4A;
工作頻率f 108kHz;
主開關(guān)S1及S2 IRF840;
整流二極管DR1 Halfof30CPQ100;
變壓器T n=160∶20,Lm=7.2mH,Ls=180μH;
鉗位二極管D1(D2) BYV26C。
圖4(a)、(b)、(c)是300V輸入2.5A輸出時(shí)傳統(tǒng)雙管反激變換器的主要實(shí)驗(yàn)波形。圖4(a)是變壓器原邊的電壓波形,正向電壓為300V,反向復(fù)位電壓大約為200V。圖4(b)是開關(guān)管S1漏源間的電壓波形,其峰值為300V,然后經(jīng)過一個(gè)振蕩降至275V左右。圖4(c)是開關(guān)管S2漏源間的電壓波形,其峰值為300V,經(jīng)過振蕩降至225V左右。兩個(gè)開關(guān)管S1及S2的峰值電壓均未超過輸入電壓。
(a) vT of T (b) vds of S1 (c) vds of S2
(d) vT of T (e) vds of S1 (f) vds of S2
圖4 實(shí)驗(yàn)波形
Fig.4 Experimental waveform
圖4(d)、(e)、(f)是150V輸入4A輸出時(shí)寬范圍雙管反激變換器的主要實(shí)驗(yàn)波形。圖4(d)是變壓器原邊的電壓波形,正向電壓為輸入電壓150V,反向復(fù)位電壓大約為200V,已經(jīng)超過輸入電壓,占空比大約為57%,說明該變換器占空比可以大于50%。圖4(e)是開關(guān)管S1漏源間的電壓波形,其峰值為150V,然后經(jīng)過一個(gè)振蕩降至130V左右。圖4(f)是下管S2漏源間的電壓波形,其峰值為280V,然后經(jīng)過一個(gè)振蕩降至220V左右。
兩個(gè)主開關(guān)上的漏源電壓值和理論分析的有一定偏差(理論上S1平臺(tái)電壓應(yīng)該為輸入電壓,S2平臺(tái)電壓應(yīng)該是輸出電壓折算到原邊的值,約為200V),這是因?yàn)樵趯?shí)際工作中變壓器漏感的影響。當(dāng)S1關(guān)斷,S1的漏源電壓上升到輸入電壓,但是,等到S2關(guān)斷后,由于漏感的影響,S2的漏源電壓會(huì)有一個(gè)振蕩,期間會(huì)使得S1的漏源電壓有所下降,而使S2的漏源電壓略高于理論值。
圖5給出了兩種變換器在滿載(4A)時(shí)不同輸入電壓下的效率曲線。效率2是傳統(tǒng)雙管反激變換器的滿載效率曲線,輸入電壓為350V時(shí)效率最高,為92%。效率1是寬范圍雙管反激變換器的滿載效率曲線,輸入電壓為350V時(shí)效率最高,為89.3%。通過比較可以看到,傳統(tǒng)雙管反激變換器的整機(jī)效率要高于寬范圍雙管反激變換器,但是后者的輸入電壓范圍有4倍的變化范圍,有很強(qiáng)的寬范圍適應(yīng)性。這也進(jìn)一步驗(yàn)證了前面的分析。
圖5 滿載4A不同輸入電壓下的效率曲線
Fig.5 Efficiency at full load under different input voltage
5 結(jié)語
不管是傳統(tǒng)的雙管反激DC/DC變換器還是寬范圍雙管DC/DC反激變換器,和單管反激相比都具有主開關(guān)電壓應(yīng)力低的優(yōu)點(diǎn)。
此外,傳統(tǒng)的雙管反激變換器整機(jī)效率比較高,但不能工作在占空比大于50%。因此,適合于高輸入電壓、高性能要求而寬范圍要求不太高的輔助電源或較小功率電源應(yīng)用。
寬范圍雙管反激變換器的占空比可以大于50%,并且輸入輸出電壓具有寬范圍適應(yīng)性特別強(qiáng)的D/(1-D)的關(guān)系,因此,適用于高輸入電壓和特別寬輸入電壓范圍的場(chǎng)合。
評(píng)論