电源技术中的一种推挽逆变车载开关电源电路设计
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2020-10-19
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电源技术中的一种推挽逆变车载开关电源电路设计电源技术中的一种推挽逆变车载开关电源电路设计
本文提出了一种推挽逆变车载开关电源电路设计方案。该方案在推挽逆变-高频变压器-全桥整流设计的基础上，
利用24VDC输入-220VDC输出、额定输出功率600W的DC-DC变换器，并采用AP法设计了一种高频推挽变压
器。最后经实验证明，本方案所设计的推挽变压器特别适用于低压大电流输入的中小功率场合，达到了预期的
效果。 0引言 随着现代汽车用电设备种类的增多，功率等级的增加，所需要电源的型式越来越多，包
括交流电源和直流电源。这些电源均需要采用开关变换器将蓄电池提供的+12VDC或+24VDC的直流电压经过
DC-DC变换器提升为+220VDC或+240VDC，后级再经过DC-AC变换器转换
本文提出了一种推挽逆变车载开关电源电路设计方案。该方案在推挽逆变-高频变压器-全桥整流设计的基础上，利用
24VDC输入-220VDC输出、额定输出功率600W的DC-DC变换器，并采用AP法设计了一种高频推挽变压器。最后经实验证
明，本方案所设计的推挽变压器特别适用于低压大电流输入的中小功率场合，达到了预期的效果。
0引言引言
随着现代汽车用电设备种类的增多，功率等级的增加，所需要电源的型式越来越多，包括交流电源和直流电源。这些电源
均需要采用开关变换器将蓄电池提供的+12VDC或+24VDC的直流电压经过DC-DC变换器提升为+220VDC或+240VDC，后级
再经过DC-AC变换器转换为工频交流电源或变频调压电源。对于前级DC-DC变换器，又包括高频DC-AC逆变部分、高频变压
器和AC-DC整流部分，不同的组合适应不同的输出功率等级，变换性能也有所不同。
推挽逆变电路以其结构简单、变压器磁芯利用率高等优点得到了广泛应用，尤其是在低压大电流输入的中小功率场合；同
时全桥整流电路也具有电压利用率高、支持输出功率较高等特点。鉴于此，本文提出了一种推挽逆变车载开关电源电路设计方
案。该方案在推挽逆变-高频变压器-全桥整流设计的基础上，进一步设计了24VDC输入-220VDC输出、额定输出功率600W的
DC-DC变换器，并采用AP法设计相应的推挽变压器。
1推挽逆变的工作原理推挽逆变的工作原理
图1给出了推挽逆变-高频变压-全桥整流DC-DC变换器的基本电路拓扑。通过控制两个开关管S1和S2以相同的开关频率交
替导通，且每个开关管的占空比d均小于50%，留出一定死区时间以避免S1和S2同时导通。由前级推挽逆变将输入直流低电
压逆变为交流高频低电压，送至高频变压器原边，并通过变压器耦合，在副边得到交流高频高电压，再经过由反向快速恢复二
极管FRD构成的全桥整流、滤波后得到所期望的直流高电压。由于开关管可承受的反压最小为两倍的输入电压，即2UI，而电
流则是额定电流，所以，推挽电路一般用在输入电压较低的中小功率场合。
当S1开通时，其漏源电压uDS1只是一个开关管的导通压降，在理想情况下可假定uDS1=0，而此时由于在绕组中会产生
一个感应电压，并且根据变压器初级绕组的同名端关系，该感应电压也会叠加到关断的S2上，从而使S2在关断时承受的电压
是输入电压与感应电压之和约为2UI.在实际中，变压器的漏感会产生很大的尖峰电压加在S2两端，从而引起大的关断损耗，
变换器的效率因受变压器漏感的限制，不是很高。在S1和S2的漏极之间接上RC缓冲电路，也称为吸收电路，用来抑制尖峰电
压的产生。并且为了给能量回馈提供反馈回路，在S1和S2两端都反并联上续流二极管FWD.
2开关变压器的设计开关变压器的设计
采用面积乘积（AP）法进行设计。对于推挽逆变工作开关电源，原边供电电压UI=24V，副边为全桥整流电路，期望输出
电压UO=220V，输出电流IO=3A，开关频率fs=25kHz，初定变压器效率η=0.9，工作磁通密度Bw=0.3T.
（1）计算总视在功率PT.设反向快速恢复二极管FRD的压降：VDF=0.6*2=1.2V
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