一种改进型同步整流正激变换器研究*

doi:10.11985/2022.04.019

电气工程学报 ›› 2022, Vol. 17 ›› Issue (4): 193-202.doi: 10.11985/2022.04.019

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一种改进型同步整流正激变换器研究^*

胡经纬¹(), 王久和²(), 曲秋莳¹()

1.北京交通运输职业学院城市轨道交通学院北京 100096
2.北京信息科技大学自动化学院北京 100192

收稿日期:2022-01-21 修回日期:2022-04-01 出版日期:2022-12-25 发布日期:2023-02-03
通讯作者: 曲秋莳，女，1987年生，硕士，副教授。主要研究方向为电能变换器非线性控制。E-mail：qsq1007@163.com
作者简介:胡经纬，男，1990年生，硕士，讲师。主要研究方向为带恒功率负载的电能变换器的控制。E-mail：827794655@qq.com
王久和，男，1959年生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为电能变换控制、电能质量控制及微电网等。E-mail：wjhyhrwm@163.com
基金资助:
*国家自然科学基金(51777012);北京市自然科学基金-市委联合(KZ201911232045)

Research on an Improved Synchronous Rectification Forward Converter

HU Jingwei¹(), WANG Jiuhe²(), QU Qiushi¹()

1. School of Urban Rail Transportation, Beijing Vocational Transportation College, Beijing 100096
2. School of Automation, Beijing Information Science and Technology University, Beijing 100192

Received:2022-01-21 Revised:2022-04-01 Online:2022-12-25 Published:2023-02-03
Contact: QU Qiushi, E-mail：qsq1007@163.com

摘要/Abstract

摘要：

针对传统同步整流正激变换器效率较低、不适用于宽输入电压场合以及共态导通等问题，提出了一种改进型同步整流正激变换器。改进后的同步整流正激变换器利用辅助绕组两端电压驱动MOSFET管，该变换器效率较高，适用于宽输入电压场合，能够很好地解决共态导通问题。分析了改进型同步整流正激变换器的工作原理、工作模态，建立了改进型同步整流正激变换器的EL(Euler-lagrange, EL)模型，基于无源控制理论，采用阻尼注入方法设计了改进型同步整流正激变换器的无源控制器。无源控制器可使改进后的同步整流正激变换器具有良好的动、静态性能和对负载变化的鲁棒性。仿真及试验结果表明该变换器及其无源控制器是可行的。

关键词: 同步整流, 正激变换器, 无源控制, 阻尼注入

Abstract:

Aiming at poor efficiency, inapplicable for wide input voltage occasion and direct conduction under traditional synchronous rectification forward converter, an improved synchronous rectification forward converter is proposed. The MOSFET of the improved converter is driven by both ends voltage of auxiliary winding. This converter has high efficiency, applicable for wide input voltage occasion and can solve the problem of direct conduction. The operating principle and the operating mode of the improved synchronous rectification forward converter are analyzed. The Euler-lagrange(EL) model of the synchronous rectification forward converter is established. Based on passivity based control theory, a passivity based controller of the improved synchronous rectification forward converter is designed by damping injection method. Good dynamic and static performance and robustness to load change of the improved synchronous rectification forward converter is achieved through the passivity-based controller. The simulation and experimental results show that the converter and its passivity based controller are feasible.

Key words: Synchronous rectification, forward converter, passivity based control, damping injecting

中图分类号:

TM46

胡经纬, 王久和, 曲秋莳. 一种改进型同步整流正激变换器研究^*[J]. 电气工程学报, 2022, 17(4): 193-202.

HU Jingwei, WANG Jiuhe, QU Qiushi. Research on an Improved Synchronous Rectification Forward Converter[J]. Journal of Electrical Engineering, 2022, 17(4): 193-202.

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参考文献 21

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参数	传统型	改进型
输入电压	E	E
负载电流	I_o	I_o
变压器原边电压	V_N1	V_N1
续流管驱动电压	V_N1N₂/N₁	V_N1N₃/N₁
整流管驱动电压	EN₂/N₁	EN₄/N₁
续流管栅极电容放电路径	Q₂栅极直接至副边GND	Q₂栅极直接至副边GND
整流管栅极电容放电路径	Q₃栅极直接至副边GND	Q₃栅极经变压器N₄绕组后至副边GND
主要发热器件	变压器T、滤波电感L、原边开关管Q₁、副边续流管Q₂、副边整流管Q₃	变压器T、滤波电感L、原边开关管Q₁、副边续流管Q₂、副边整流管Q₃

参数	数值/型号	备注
输入电压/V	10~36	—
输出电压/V	5	—
开关频率/kHz	250	—
恒功率负载/W	25	—
电阻负载/Ω	1	—
原边开关管Q₁	SI4190DY	VISHAY公司
副边续流管Q₂	IRF7842	IR公司
副边整流管Q₃	IRF7842	IR公司
半导体器件D₁~D₅	BAS21H	NXP公司
半导体器件Q₄~Q₆	2N7002E	VISHAY公司

参数	输入电压条件/V
参数	10	28	36
输入空载电流/mA	90.7	53.4	62.7
输入满载电流/A	5.596 8	1.978 0	1.529 8
输出空载电压/V	5.016 0	5.016 0	5.019 7
输出满载电压/V	4.994 1	4.994 2	5.001 1
效率(%)	89.231	90.174	90.809
电压调整率/mV	7.0
负载调整率/mV	21.80
输出电压纹波(满载)/mV	64	66	58

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Research on an Improved Synchronous Rectification Forward Converter

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