AP法设计开关变压器

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AP法(即面积乘积法)被推荐为选择磁心的一种有效方法,AP法原本是针对传统的工频正弦波铁心变压器而提出的,本文利用AP法设计开关变压器。

   

推挽逆变的问题分析

  

能量回馈,主电路导通期间,原边电流随时间而增加,导通时间由驱动电路决定。

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  图2:推挽逆变能量回馈等效电路

   

图2(a)为S1导通、S2关断时的等效电路,图中箭头为电流流向,从电源UI正极流出,经过S1流入电源UI负极,即地,此时FWD1不导通;当S1 关断时,S2未导通之前,由于原边能量的储存和漏电感的原因,S1的端电压将升高,并通过变压器耦合使得S2的端电压下降,此时与S2并联的能量恢复二极 管 FWD2还未导通,电路中并没有电流流过,直到在变压器原边绕组上产生上正下负的感生电压。如图2(b);FWD2导通,把反激能量反馈到电源中去,如图 2(c),箭头指向为能量回馈的方向。

  

各点波形分析

  

当某一PWN信号的下降沿来临时,其控制的开关元件关断,由于原边能量的储存和漏电感的原因,漏极产生冲击电压,大于2UI,因为加入了RC缓冲电路,使其最终稳定在2UI附近。

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当S1的PWN 信号下降沿来临,S1关断,漏极产生较高的冲击电压,并使得与S2并联的反馈能量二极管FWD2导通,形成能量回馈回路,此时S2漏极产生较高的冲击电流,见图4。

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  图5:推挽DC-DC变换器主电路图

原理设计

  

图5为简化后的主电路。输入24V 直流电压,经过大电容滤波后,接到推挽变压器原边的中间抽头。变压器原边另外两个抽头分别接两个全控型开关器件IGBT,并在此之间加入RC吸收电路,构 成推挽逆变电路。推挽变压器输出端经全桥整流,大电容滤波得到220V直流电压。并通过分压支路得到反馈电压信号UOUT。

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以CA3524芯片为核心,构成控制电路。通过调节6、7管脚间的电阻和电容值来调节全控型开关器件的开关频率。12、13 管脚输出PWM脉冲信号,并通过驱动电路,分别交替控制两个全控型开关器件。电压反馈信号输入芯片的1管脚,通过调节电位器P2给2管脚输入电压反馈信号的参考电压,并与9管脚COM端连同CA3524内部运放一起构成PI调节器,调节PWM脉冲占空比,以达到稳定输出电压220V的目的。

  

实验结果表面,输出电压稳定在220V,纹波电压较小。最大输出功率能达到近600W,系统效率基本稳定在80%,达到预期效果。其中,由于IGBT效率损耗较大导致系统效率偏低,考虑如果采用损耗较小的MOSFET,系统效率会至少上升10%~15%.

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