两种双管反激型DC/DC变换器的研究和比较

上面对宽范围双管反激变换器的原理分析中，为简单起见而忽略了漏感的影响，但实际上漏感是不可能为零的，因此，图2（a）中的S1及图2（b）中的S2上都会有漏感引起的电压尖峰，需要加RCD电路加以吸收，则在R上损失比较多的能量。

而对于传统的双管反激变换器，在反激开始时，储存在漏感中的能量通过D1及D2全部反馈到输入侧，系统能量损失相对要小。

图3

    因此，在相同规格以及开关条件下，传统的双管反激变换器要比宽范围双管反激变换器整机效率高一些。

3.3 宽范围适应性

传统的双管反激变换器有两个二极管D1和D2在复位阶段对变压器钳位，所以，变压器上的复位电压不能超过输入电压，如图3（a）所示。也就是要满足以下条件：

VinD≤Vreset(1－D)≤in(1－D)    （1）

可以推出

D≤50％（2）

可见传统的双管反激变换器不能工作在占空比大于50％，这就使其在宽范围场合应用时遇到了困难。

而本文提出的宽范围双管反激变换器没有这个条件限制，变压器上的复位电压可以大于输入电压，如图3（b）所示，所以，能够工作在占空比大于50％。另外，反激变换器的输入输出电压满足D/(1－D)的关系。通常，变换器的输入输出电压有4种关系，即D，1/(1－D)，D/(1－D)，D(1－D)。在这4种关系中，D/(1－D)的宽范围适应性要远远优于其它几种关系。宽范围双管反激变换器的增益正好是D/(1－D)的关系，所以，这种变换器的输入或输出电压调节范围很宽，特别适合用于超宽范围场合。

图4

    从以上的分析和比较可以看出，改进的双管反激变换器在宽范围适应性上有了很大的提高，但整机效率相对下降，其中的一个开关管电压应力也有所增大。所以，这两种双管反激变换器在性能上各有优劣（见表1），在选用这两种变换器时一般遵循以下原则：在效率要求比较高，但输入或输出电压调节范围不是很宽的场合，可以选用传统的双管反激变换器；而在输入或输出电压范围很宽，但效率要求不是非常高的情况下，可以选用宽范围双管反激变换器。当然，选用这两种变换器的前提是输入电压比较高，不然选用单管反激就可以了。

表1 两种变换器的性能比较

Tab.1 Performance comparison of two converters

	传统的双管反激	宽范围双管反激
开关电压应力	低	高
整机效率	高	低
宽范围适应性	差	好

4 实验结果比较

两台分别采用传统双管反激和宽范围双管反激拓扑的样机验证了以上的分析和比较。为了具有可比性，这两台样机的规格和参数须保持一致，只是传统的双管反激变换器的输入电压范围是250～400V，宽范围双管反激的输入电压范围为100～400V。这两台样机的其他规格和参数如下：

输出电压Vo  24V；

输出电流Io  0～4A；

工作频率f  108kHz；

主开关S1及S2  IRF840；

整流二极管DR1  Halfof30CPQ100；

变压器T  n=160∶20，Lm=7.2mH，

Ls=180μH；

钳位二极管D1（D2）BYV26C。

图4（a）、（b）、（c）是300V输入2.5A输出时传统双管反激变换器的主要实验波形。图4(a)是变压器原边的电压波形，正向电压为300V，反向复位电压大约为200V。图4(b)是开关管S1漏源间的电压波形，其峰值为300V，然后经过一个振荡降至275V左右。图4(c)是开关管S2漏源间的电压波形，其峰值为300V，经过振荡降至225V左右。两个开关管S1及S2的峰值电压均未超过输入电压。

图4（d）、（e）、（f）是150V输入4A输出时宽范围双管反激变换器的主要实验波形。图4（d）是变压器原边的电压波形，正向电压为输入电压150V，反向复位电压大约为200V，已经超过输入电压，占空比大约为57％，说明该变换器占空比可以大于50％。图4(e)是开关管S1漏源间的电压波形，其峰值为150V，然后经过一个振荡降至130V左右。图4(f)是下管S2漏源间的电压波形，其峰值为280V，然后经过一个振荡降至220V左右。
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    两个主开关上的漏源电压值和理论分析的有一定偏差（理论上S1平台电压应该为输入电压，S2平台电压应该是输出电压折算到原边的值，约为200V），这是因为在实际工作中变压器漏感的影响。当S1关断，S1的漏源电压上升到输入电压，但是，等到S2关断后，由于漏感的影响，S2的漏源电压会有一个振荡，期间会使得S1的漏源电压有所下降，而使S2的漏源电压略高于理论值。

图5给出了两种变换器在满载(4A)时不同输入电压下的效率曲线。效率2是传统双管反激变换器的满载效率曲线，输入电压为350V时效率最高，为92％。效率1是宽范围双管反激变换器的满载效率曲线，输入电压为350V时效率最高，为89.3％。通过比较可以看到，传统双管反激变换器的整机效率要高于宽范围双管反激变换器，但是后者的输入电压范围有4倍的变化范围，有很强的宽范围适应性。这也进一步验证了前面的分析。

5 结语

不管是传统的双管反激DC/DC变换器还是宽范围双管DC/DC反激变换器，和单管反激相比都具有主开关电压应力低的优点。

此外，传统的双管反激变换器整机效率比较高，但不能工作在占空比大于50％。因此，适合于高输入电压、高性能要求而宽范围要求不太高的辅助电源或较小功率电源应用。

宽范围双管反激变换器的占空比可以大于50％，并且输入输出电压具有宽范围适应性特别强的D/(1－D)的关系，因此，适用于高输入电压和特别宽输入电压范围的场合。

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