文档介绍：华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心
信号与控制综合实验指导书
实验四十八
DC/DC 单端反激式变换电路设计实验
(信号与系统—电力电子学—检测技术综合实验)
一、实验原理
1. 单端反激变换电路基本原理
在基本的直流/直流变换器中引入隔离变压器,可以实现变换器的输入端和负载端的
电气隔离,从而提高运行的安全可靠性和电磁兼容性。同时当电源电压Vs 和负载所需的
输出电压V0 相差较大时,也不会导致占空比 D 接近 1 或 0。而且引入变压器后,可以设
置多个二次绕组输出几个不同的直流电压。
T
i 1
D
+ V o
V S
L 1
N 1
N 2
L 2
C
+
R L
I L
图 48-1
隔离式单端反激电路的原理
图 48-1 是单端反激变换电路原理图。电路仅有一个开关管,隔离变压器的磁通只能
单方向变化。当有正向偏压加在开关晶体管 T 的基极上时, T 导通,当集电极—发射极
间的电压达到饱和电压VCE ( sat ) 时,输入电压加在变压器的初级绕组上的电压。同时,在
变压器的次级绕组中感应出反极性的电压,次极的二极管 D 中没有电流流过,次级绕组
处于开路状态。这时变压器内部并没有能量传递,电源提供给初级绕组的能量全部存储
在变压器中。开关管断开时,电源停止向初级绕组提供电能,同时变压器绕组产生反向
电动势,次级电路的二极管 D 导通。变压器内存储的能量向输出侧释放出来,给负载供
电,因此该电路称为单端反激变换电路。
2. 自激式单端反激变换器原理及其设计
图 48-2 是一种常见的自激式单端反激变换电路,简称 RCC 电路(Ringing Choke
Converter),广泛应用于 50W 以下的开关电源,它不需要专门的振荡电路,结构简单,
由输入电压与输入、输出电流改变频率。
(1) 自激原理
RCC 电路的电压和电流波形如图 48-3 所示。输入电压V1 是输入交流电压经整流的
直流电压。
的偏置电压,使VT1 导通,变压器T1 的初级绕组流过励磁电流,而此时感应到次级的电
集学科优势
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求改革创新当V1 加到输入端时,V1 通过电阻RB和晶体管VT1 的基-射级给VT1 的基极一个正
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压V2 由于二极管的阻挡而不能向负
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载提供能量,所以电源提供的能量完
全积聚在变压器中。VT1 的导通使基
极绕组Np’获得正偏置电压,供给VT1
使VT1 进一步导通,初级电流持续增
加,最终使VT1 饱和导通,变压器初
RB
Np
CB
Np’
级绕组电压Vt1 近似为电源电压V1 。
图 48-2
RCC 基本电路
由于电压为直流,根据 V1 = L ÄI Ät ,其中 L 为初级绕组电感, Ät = ton ,可知初级绕
组电流为
t on t on
0 0
V1
L
⋅ t
即为斜率为V1 / L 的直线,如图 48-3(a)所示。
由于 t on 期间能量全部积聚在变压器中,所以初级绕组电流持续增加,并激励磁通增
加。增加到一定程度时,变压器磁路达到饱和,磁通的变化率 dö / dt = 0 ,因而感应到
级电流 I1 减小。I1 减小又使电流的变化率 di1 / dt < 0 ,磁通变化率相应变负,因而感应到
的过程,使VT1 加速关断。VT1 关断后,变压器初级绕组电压反向,次级绕组电压向电
容C2 充电负载给负载提供能量。当变压器中积聚的能量放完后,电路回复到初始状态,
循环往复,形成自激式振荡,将电源能量传递给次级。
VT1 基极绕组及电阻电容构成的回路,在 VT1 导通时起着加速其导通的作用,在其
截止时起加速关断的作用,这是一种正反馈的作用,故成为正反馈回路。正反馈和变压
器的饱和特性,是电路能产生自激振荡的基础。
电路在 VT1 导通 t on 期间,变压器 T1 从输入侧积蓄能量,在下一次截止 toff 期间,变
压器 T1 积蓄的能量释放供给输出负载。 toff 结束时,变压器电压Vt1 波形自由振荡返回到
0,见图 48-3(c)。电压Vt1 通过基极绕组 Np’加到开关管 VT1 的基极,因此 VT1 触发导
通,进入开始下一个工作周期。
t on 时的等效电路如图 48-4(a)所示。晶体管 VT1 导通,因此变压器 T1 的初级线圈 L1
两端加上输入电压V1 。另一方面,在变压器次级 C 2 放电,供给输出电流 I 0 。此期间,
输出