电源硬件设计—-正激变换器(Forward Converter)基础

1 正激变换器(Forward Converter)拓扑结构

正激变换器拓扑结构,如图所示:

在这里插入图片描述

拓扑结构分析:

  • 输入电压 Vi
  • 输出电压 Vo
  • 开关组件 S
  • 变压器 T
  • 原边线圈圈数 Np
  • 副边线圈圈数 Ns
  • 整流理想二极管 D1,D2
  • 滤波电容 C

2 正激变换器(Forward Converter)原理

正激变换器(Forward Converter)拓扑结构,如图所示:

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S导通(开关管导通)时:

  • 电流由输入电压端流经变压器原边线圈与开关形成电流回路,此时变压器原边线圈两端压降为Vi
  • 变压器原边线圈因电流流过而产生磁力线,其透过铁芯传到副边线圈,副边线圈产生感应电势
  • 副边线圈两端感应电压Vi/n,使得理想整流二极管D1导通,电流形成回路,通过D1、输出储能电感与输出电容
  • 副边储能电感两端固定压降VL,使得电感线圈上产生电流,此电流于电感铁芯内累积磁力线,直到开关关闭为止

S关断(开关管关断)时:

  • 原边线圈因开关关断,原边无电流回路产生。原边线圈上产生反电动势,该反电动势与占空比D相关
  • 变压器副边线圈因产生的感应电势极性,使得整流二极管D1关断,此时变压器能量传输截止
  • 电感产生反电势,使得续流二极管导通,储能电感于开关关断时续流,电感上压降与输出相同
  • 储存电感将导通时间储存于铁芯内的磁力线,透过电感上的感应线圈,由电流形式进行释放

正激变换器电压转换公式:

在这里插入图片描述

D = 占空比
T = 周期
n = 变压器匝比

电压波形如图所示:

在这里插入图片描述

3 正激变换器(Forward Converter)应用举例

已知:输入电压值为 Vi
给定:变压器匝比为 n
调制:占空比为 D
得出:输出电压值为 Vo

在这里插入图片描述

应用举例:
应用于输入电压为100V,隔离输出电压需求为5V,隔离变压器圈比为5。求占空比需控制在多少才能使得输出电压稳定在5V?

在这里插入图片描述

4 正激变换器(Forward Converter)应用环境

正激变换器特点:

正激
拓扑形式 隔离降压型
压比(Vo/Vi) D/n
变压器利用率
功率应用范围 <300W
功率密度
开关管 一个(原边主动开关)
成本
调制方式 脉冲宽度调制(PWM)
控制芯片 UCC38C42

应用环境:

  • 控制模块简易稳定
  • 一般范围功率输出需求
  • 低价格产品应用

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