副边单绕组自复位正激变换电路的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于开关电源技术领域，具体设及一种副边单绕组自复位正激变换电路的 设计方法。
【背景技术】
[0002] 在众多的开关电源电路拓扑中，正激变换器电路结构简单、成本低、输入输出电气 隔离、工作可靠性高等诸多优异的性能特点，使其受到业界广泛关注。由于正激变换器的变 压器磁忍单向磁化且本身没有磁复位功能，可能引起磁忍饱和等问题，在很大程度上限制 了正激变换器的推广，所W必须附加磁复位电路来避免磁忍饱和。目前正激变换器磁复位 电路的种类较多，但大部分都需要外加其他电路，不利于电源模块的小型化。
[0003] 常见的磁复位方式主要包括:RCD电路磁复位、复位绕组磁复位、LCD谐振磁复位、 有源错位等，其主要机理是将开关管关断后变压器上的励磁能量返还给输入电源，或者将 运些能量消耗在电阻或者其他耗能器件上。RCD错位技术具有线路简单等优点，其不足是将 励磁能量消耗在巧位电阻中，降低了系统的整体效率。有源错位技术实现磁复位是一种性 能优良的方法，其不足是增加了变换器电路的复杂性及其设计难度与成本。采用磁复位绕 组的正激变换器的优点是技术成熟可靠，励磁能量可回馈到输入电源中，但是附加的磁复 位绕组使得变压器结构复杂化，并增加了功率开关管的电压应力。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种副边单绕 组自复位正激变换电路的设计方法，其方法步骤简单，设计合理，实现方便，实用性强，推广 应用价值高。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种副边单绕组自复位正激变 换电路的设计方法，所述副边单绕组自复位正激变换电路包括正激变换器主电路、励磁能 量存储电路和励磁能量转移电路，所述正激变换器主电路包括高频变压器Tl、开关管Ql、二 极管D1、二极管D2、电感Ll和电容Cl,所述开关管Ql的栅极与外部控制器的输出端连接，所 述开关管Ql的漏极与高频变压器Tl的一次绕组Wl的一端连接，所述高频变压器Tl的一次绕 组Wl的另一端为正激变换器主电路的正极电压输入端IN+且与外部电源的正极输出端连 接，所述开关管Ql的源极为正激变换器主电路的负极电压输入端IN-且与外部电源的负极 输出端连接，所述二极管Dl的阳极与高频变压器Tl的二次绕组W2的一端连接，所述二极管 Dl的阴极和二极管D2的阴极均与电感Ll的一端连接，所述电感Ll的另一端与电容Cl的一端 连接且为正激变换器主电路的正极电压输出端OUT+，所述二极管D2的阳极和电容Cl的另一 端均与高频变压器Tl的二次绕组W2的另一端连接且为正激变换器主电路的负极电压输出 端OUT-;所述励磁能量存储电路包括二极管D3和电容C2，所述二极管D3的阳极与二极管Dl 的阴极连接，所述二极管D3的阴极与电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端与二极管Dl 的阳极连接;所述励磁能量释放电路包括二极管D4和电感L2,所述二极管D4的阳极与二极 管D3的阴极连接，所述二极管D4的阴极与电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端与正激 变换器主电路的正极电压输出端OUT+连接;其特征在于，该设计方法包括W下步骤：
[0006] 步骤一、选择组成正激变换器主电路的合适参数的高频变压器T1、开关管Q1、二极 管D1、二极管D2、电感Ll和电容Cl,其具体过程如下：
[0007] 步骤101、选取高频变压器Tl，具体过程为：
[000引步骤1011、根据公式
确定高频变压器Tl的磁忍面积乘积AP，其中， Ps为高频变压器Tl的视在功率且
，P。为高频变压器Tl的输出功率且?。= 1。￥。，1。为 正激变换器主电路的输出电流，V。为正激变换器主电路的输出电压，n为高频变压器Tl的传 输效率且取值为80 %~90 %，A B为高频变压器Tl的最大磁通量，f为开关管Ql的开关频率， J为流过高频变压器Tl的电流密度，Ku为高频变压器Tl的磁忍的窗口有效使用系数；
[0009] 步骤1012、根据公式
确定高频变压器Tl的一次绕组Wl与二次绕 组的应数比n，其中，Nwi为高频变压器Tl的一次绕组Wl的应数，Nw2为高频变压器Tl的二次绕 组W2的应数，Vi,min为正激变换器主电路的最小输入电压，CT max为开关管Ql的最大占空比，Vf 为二极管的导通压降且Vf = O.7V;
[0010] 步骤1013、根据公式
计算高频变压器Tl的一次绕组Wl 的有效电流Ipms;
[0011] 步骤1014、根据公式计算高频变压器Tl的二次绕组W2的有效电流 Isrms ；
[0012] 步骤1015、根据高频变压器Tl的磁忍面积乘积AP、高频变压器Tl的一次绕组Wl与 二次绕组的应数比n、高频变压器Tl的一次绕组Wl的有效电流Iprms和高频变压器Tl的二次 绕组W2的有效电流Isrms四个参数选取高频变压器Tl ;
[0013] 步骤102、选取开关管Ql，具体过程为：
[0014] 步骤1021、根据公式Vs,max=1.3(Vi,"ax+nV〇)计算开关管Ql所需承受的最大电压应力 Vs,max,其中，Vi,max为正激变换器主电路的最大输入电压；
[0015] 步骤1022、选取耐压值大于Vs,max的开关管型号作为开关管Ql;
[0016] 步骤103、根据公式
选取电感Ll的电感值，其中，Rl,min为接 在正激变换器主电路的负极电压输出端OUT-与正极电压输出端OUT+之间的负载电阻化的 最小值，Lmin为最小负载电阻和最大输入电压所对应的电流连续导电模式和电流不连续导 电模式的临界电感；
[0017] 步骤104、根据公式.
选取电容Cl的容值，其中，A为裕度系 数，Vpp,max为正激变换器主电路的最大输出纹波电压，Cmin为最小输出滤波电容；
[0018] 步骤105、选取二极管Dl，具体过程为：
[0019] 步骤1051、根据公式
，确定流过二极管Dl的最大电流Idi,max,其中， Vi为正激变换器主电路的输入电压，cT为开关管Ql的占空比，T为开关管Ql的开关周期；
[0020] 步骤1052、根据公式Vdi,max = V。确定二极管Dl的耐压值Vdi,max;
[0021] 步骤1053、根据流过二极管Dl的最大电流lDl,max和二极管Dl的耐压值Vdi,max选择二 极管Dl;
[0022] 步骤106、选取二极管D2,具体过程为：
[0023] 步骤1061、根据公式
确定流过二极管D2的最大电流Id2,max,其中，Lm 为高频变压器T1的一次绕组Wl的励磁电感且取Lm=Lwi，Lwi为高频变压器T1的一次绕组Wl的 电感值；
[0024] 步骤1062、根据公式VD2,max = V。确定二极管D2的耐压值VD2,max;
[00巧]步骤1063、根据流过二极管D2的最大电流Id2,max和二极管D2的耐压值Vd2,max选择二 极管D2;
[00%]步骤二、连接高频变压器T1、开关管Q1、二极管D1、二极管D2、电感Ll和电容Cl,组 成正激变换器主电路，其具体过程如下：
[0027]步骤201、将开关管Ql的栅极作为外部控制信号的输入端，并将开关管Ql的漏极接 到高频变压器Tl的一次绕组Wl的一端；
[00%]步骤202、将高频变压器Tl的一次绕组Wl的另一端作为正激变换器主电路的正极 电压输入端I化，并将开关管Ql的源极作为正激变换器主电路的负极电压输入端IN-;
[0029] 步骤203、将二极管Dl的阳极接到高频变压器Tl的二次绕组W2的一端，并将二极管 Dl的阴极和二极管D2的阴极均接到电感Ll的一端，将电感Ll的另一端接到电容Cl的一端， 并引出导线，作为正激变换器主电路的正极电压输出端OUT+;
[0030] 步骤204、将二极管D2的阳极接到高频变压器Tl的二次绕组W2的另一端，并引出导 线，作为正激变换器主电路的负极电压输出端OUT-;
[0031] 步骤S、选择组成励磁能量存储电路的合适参数的二极管D3和电容C2,其具体过 程如下：
[0032] 步骤301、选取电容C2,具体过程为：
[0033] 步骤3011、根据公式
确定电容C2的容值的取值范围，其中，Lw2为 高频变压器T1的二次绕组W2的电感值；
[0034] 步骤3012、取
，根据公式
计算电容C2充电得到的两端最大电压值VC2,max;
[0035] 步骤3013、根据公式Vt,C2 > Vc2.max确定电容C2的耐压值Vt,C2的取值范围；
[0036] 步骤3014、根据电容C2的容值的取值范围和电容C2的耐压值Vt, C2的取值范围选择 电容C2;
[0037] 步骤302、选取二极管D3，具体过程为：
[0038] 步骤3021、根据公式
'确定流过二极管D3的最大电流Id3,max;
[0039] 步骤3022、根据公式VD3,max = Vc2,max确定二极管D3的耐压值VD3,max;
[0040] 步骤3023、根据流过二极管D3的最大电流Id3,max和二极管D3的耐压值Vd3,max选择二 极管D3;
[0041 ]步骤四、连接二极管D3和电容C2,组成励磁能量存储电路，并与正激变换器主电路 连接，其具体过程如下：
[0042] 步骤401、将二极管D3的阳极接到二极管Dl的阴极，并将二极管D3的阴极接到电容 C2的一端；
[0043] 步骤402、将电容C2的另一端接到二极管Dl的阳极；
[0044] 步骤五、选择组成励磁能量释放电路的合适参数的二极管D4和电感L2,其具体过 程如下：
[0045] 步骤501、选取电感L2,具体过程为：
[0046] 步骤5011、根据公式I 活定电感L2的电感值的取值范围；
[0047] 步骤5012、根据公式. -确定流过电感L2的电流的最大值lL2,max;
[0048]