电源硬件设计----正激变换器(Forward Converter)基础

墨蓝 2023-09-27 11:39 114阅读 0赞

## 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][25917f8867624ec29338c1327d61a4e3.png_pic_center]

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：

![在这里插入图片描述][de91b5af08c14a259877f18889a7521c.png_pic_center]

**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][fdcdcd5c55cc4610930a2f113fcec141.png_pic_center]

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][d0b93cad8f1d49d699e61c9c24161a31.png_pic_center]

## 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][a3e39b04a21a4c41b00cf9349ecca2f9.png_pic_center]

**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][c8b22acf17fd48c2809e1d9ecf68c2ef.png_pic_center]

## 4 正激变换器(Forward Converter)应用环境 ##

**正激变换器特点：**

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

**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

**希望本文对大家有帮助，上文若有不妥之处，欢迎指正**

**分享决定高度，学习拉开差距**

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