單端正激變換器的工作原理

01帶隔離變壓器DC-DC

前面介紹了四種基本的非隔離DC-DC變換器結(jié)構(gòu)，它們有一個(gè)共同點(diǎn)就是輸入輸出存在直接的電氣連接，然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于電壓等級(jí)變換、安全、系統(tǒng)串并聯(lián)等原因，需要進(jìn)行輸入和輸出的電氣隔離。 在基本的非隔離DC-DC變換器(如Buck、Boost、Buck-Boost和Cuk變換器)中加入變壓器，就可以派生出帶隔離變壓器的DC-DC變換器。 比如，Buck變換器可以派生出單端正激變換器、橋式變換器、電壓型推挽變換器等; Boost變換器可以派生出電流型推挽變換器等; Buck-Boost變換器可以派生出單端反激變換器等。

在DC-DC變換器中，變壓器的作用主要是隔離，一定情況下也能起到變壓的作用。 應(yīng)用在隔離DC-DC變換器中的變壓器是高頻變壓器，工作原理與其他類型的隔離變換器不同，變壓器鐵芯必須加氣隙。 關(guān)于變壓器的設(shè)計(jì)，是一個(gè)重要又復(fù)雜的過(guò)程。

今天，我們主要來(lái)聊聊單端正激變換器，所謂的單端變換器，是指變壓器磁通僅在單方向變換的變換器。

02單端正激(Forward Converter)

單端正激變換器由Buck變換器派生而來(lái)。 如下圖

這是Buck變換器的拓?fù)鋱D，在虛線位置插入一個(gè)隔離變壓器，便可以得到單端正激變換器，如下圖：

當(dāng)開(kāi)關(guān)管T閉合時(shí)，工作狀態(tài)如下圖：

根據(jù)圖中的同名端表示，可以知道變壓器副邊也流過(guò)電流，D1導(dǎo)通，D2截止，電感電壓為正，變壓器副邊的電流線性上升。 在Dc*Ts期間，電感電壓為

當(dāng)開(kāi)關(guān)管T關(guān)斷時(shí)，工作狀態(tài)如下圖：

變壓器副邊沒(méi)有電流流過(guò)，負(fù)載電流經(jīng)反并聯(lián)二極管D2續(xù)流，在(1-Dc)*Ts期間，電感電壓為負(fù)，電流線性下降

uL=-Uo

在穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感電壓在一個(gè)周期內(nèi)積分為零，因此

得到

由上式可見(jiàn)，單端正激變換器的電壓增益與開(kāi)關(guān)導(dǎo)通占空比成正比，這和Buck變換器類似，不同的是比后者多了一個(gè)變壓器的變比。

在上邊分析電壓增益時(shí)考慮的是電感電壓在一個(gè)周期內(nèi)累積為零的關(guān)系，前面的分析中我們也有從電感電流或者電感磁通的角度出發(fā)，這三者的本質(zhì)是一樣的，都是電感磁芯中的磁通平衡。

工作中我接觸的基本都是反激式變換器，正激式的沒(méi)接觸到過(guò)，今天我們知識(shí)簡(jiǎn)單地介紹了下正激變換器，更多細(xì)節(jié)沒(méi)有涉及到，后面我們可以慢慢來(lái)聊。