前面介绍的几种拓扑的输入和输出都是没有隔离的,单端正激(Forward)变换器是在buck的基础上加入变压器隔离,单端 —— 变压器磁通仅在单方向变化;正激 —— 开关管导通时电源将能量直接传送给负载
单端正激(Forward)变换器的工作原理
单端正激由于加入隔离变压器导致要考虑磁芯磁通的问题,如上图,如果没有磁复位电路,每次开关管导通Up都会给磁芯充磁,且整个周期没有退磁的过程,这样变压器的磁芯磁通肯定会饱和,
显然不行,必须加入磁复位电路。
开关管导通的时候,N1绕组电压、电流都是上正下负,同时次级N2电压也是上正下负,向负载供电,而N3绕组电压下正上负,由于二极管D3的单向导电性,N3绕组无电流。这个阶段N1绕组给磁芯充磁。当开关管关断的时候,各绕组电压极性都反转,N1、N2绕组都无电流,而N3绕组(电压上正下负)通过电源和DR形成回路,绕组电流下正上负,给磁芯退磁,同时把能量回存到电源中(给电源滤波电容充电),也防止N1组产生过高的反峰电压将开关管击穿,一举三得。磁芯磁通在每个开关管截至期间被释放掉。
CCM模式下电路参数的设计
二、设计一正激式变换器,要求工作于电感电流连续状态,技术指标要求如下:
1、输入直流电压:100~150V;
2、输出直流电压:5V;
3、最大输出电流:5A;
4、最小输出电流:0.1A;
5、输出电压纹波峰峰值:100mV;
6、开关频率:100kHz。
主电路参数设计目标
1、变压器设计:需求得变压器匝数比、变压器额定功率两个参数。
2、电感参数设计:求得电感量与最大有效值电流、最大峰值电流三个参数。
3、电容参数设计:需得到电容量与额定电压两个参数。
4、开关管选择:需得到额定电流、额定电压两个参数。
5、二极管选择:需得到额定电流、额定电压两个参数
1、变压器参数计算
开关管导通时:
开关管关断:
同时由于一个周期内磁芯磁通的增量一定得小于减量,所以单端正激对开关管D也有要求:
2、电感参数设计
电感电流连续的临界条件同BUCK电路,
3、电容参数设计
3、输出整流二极管参数计算
阻断二极管D2有效电流可以参考BUCK的MOS:
续流二极管D1电流参数计算参考BUCK电路二极管:
二极管D1和D2承受最大电压是一样的,都是变压器副边电压 = Us max*N2/N1 =15V,故其承受的最大电压为15V,其额定电压取30V以上(取两倍的安全裕量)。D2的额定电流取5A以上,D1的额定电流取6A以上,都可选择快速恢复二极管或肖特基二极管。
4、MOS管参数计算
MOS管额定电流一般要求取MOS管最大有效值电流的2~3倍.
5、磁通复位绕组N3续流二极管D3参数计算
由于N1=N3,D3续流电流为变压器的励磁电流,励磁电流的详细计算需要先确定磁芯,一般可以粗略考虑复位绕组的额定电流(D3的额定电流)为主绕组额定电流(MOS管额定电流)的10%~30%,因此,D3额定电流为ID3 =