1、2006年11月 第6期 广西轻工业 GUANQ JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY (总第97期) 新型交错并联反激变换器的损耗分析 王红梅 (张家界航空工业职业技术学院，湖南张家界427000) 【摘要】本文对基于新型交错并联反激式DCDC拓扑的开关电源满载工作情况下的损耗进行了详细的分析计算，并对 分折结果进行了实验验证，最后就分析结果，提出了进一步提高变换器效率的几个方案。 【关键词】开关电源；交错并联；反激变换器；损耗分析 【中图分类号】TM46 【文献标识码】A 【文章编号】10032673(2006)06006402 1引言 在开关电源设计中。不仅要满足对系统各种
2、动态及静态的 要求，而且要对系统进行合理的热设计以保证电源系统具有较 高的可靠性。在热设计前一般都要进行系统损耗分析损耗分 析的目的是了解模块电源中损耗的分布情况，进而了解模块的 发热情况，为降低损耗、提高效率和优化布局提供理论依据。 新型交错并联反激式变换器f 】电路拓扑如图1所示，本质 上由两组基本反激式变换器反向并联、引入一个箝位电容组 成，并采用交错控制两个主功率开关管导通的方式。其具有： (1)电路结构简单，元器件少，输出功率因子较高；(2)开关管开 关尖峰小、无漏感能量损耗；(3)输入、输出电流脉动频率为开 关管开关频率的两倍所需输入、输出滤波器件体积小等优 点【2l，有一定的应用
3、场合。本文对新型交错并联反激变换器满载 工作情况下的损耗进行了详细的分析计算。并就分析结果，提 出了进一步提高变换器效率的几个方案。 ， 图1变换器电路结构围 2损耗分析 开关电源中的损耗主要由主功率开关管的损耗、功率变压 器的损耗、整流滤波电路的损耗和线路损耗等四部分组成。以 下将对变换器载满载工作时的各部分损耗进行分析计算。变换 器主要设计参数翻为；输入电压U 20一,32VDC，输出电压 U。,=360V。输出满载功率Po=600W“，开关频率f=80KHz。功率 管的电流有效值IMos-rsm=2653A，变压器匝比NsNr=20，原 边绕组电流最小值I。 3502A。最大值Ipw=3
4、9,97A。 21功率管损耗 本变换器系统主功率管为两个型号为IXTK180N15P的 MOSFET，其等效电阻Ros：0011Q，MOS管的开关过程曲线如 图2所示。功率管损耗主要包括驱动损耗、开关损耗和导通损 耗，损耗计算如下： Pl。-Mos=Pe。nd+P 。+PMos +PMos (1) 其中。P。耐为功率管的导通损耗，Pd 为驱动损耗。PM0s。 和PMo 分别为MOSFET在开通和关断过程中的损耗。 (1)导通损耗： P d=I2Mos 。 RDs：26532001 1=774W (2) (2)驱动损耗： Pdr； 。=CglU f_2=6485 x 1 2 801 032=00
5、4W (3) 其中，C =C； 一C -6A85nF为功率管GS端的寄生电容， U 12V为系统满载时的驱动电压值。 (3)开通损耗： r PMos-on=fJ 0 t)ud (t)dt (4) = (uIn+ ) dt：235w 其中，I 3502A为变压器原边电流最小值，tr=l20nS为 功率管的CS上升时间。 (4)关断损耗： f PMos-。ff=J0id。(t)ud。(t)dt (5) = 竿(Uin+ )dt=5 其中。tf=250nS为功率管的GS下降时间。综合以上各式， 主功率管的总损耗为 Plo,Mos=2(P d+Pdr|va+PMos_o。I+PMos a=3 146W
6、 (6) 图2 MOS管开关过程曲线 【作者简介】王红梅(1974一)，女，湖南张家界人。讲师，硕士，主要从事功率电子应开关电源控制技术的研究。 66 维普资讯 http:/ 22功率变压器损耗 本变换器选用2个Magnetics公司的型号为58548的 High Flux磁芯作为一个反激变压器的磁芯。功率变压器的损 耗主要包括变压器铜损和变压器铁损两部分，其中。铜损又分 为由直流电阻和交流电阻引起的损耗。由于交流电阻损耗所占 比例很小，忽略其损耗计算。 (1)变压器原边直流电阻： Rdcp=pl。 1 0xS。 p=382mf (7) 原边为1O股铜线并绕，其中，p=23xl0-6Qcm为铜
7、的电 阻率，lp=90cm为原边绕组的长度，S-054mm2原边所用单 股铜线的截面积。 (2)原边绕组铜损： Pp=2RdcpI。p 5-38W (8) 其中，Ip,m=2653A为流过原边绕组的电流有效值。 (3)副边绕组直流电阻： Rd。=pl s。 =117f2 (9) 其中，loup=1450cm为副边绕组的长度，Sou,=0283mm 副 边所用铜线的截面积。 (4)副边绕组铜损： P。 =2RdcJI nI=326W (1 0) 其中，I，皿=118A为流过副边绕组的电流有效值。 (5)变压器铁损： 根据变压器实际工作磁密变化量和工作频率(B 。= O2T)r，由图3所示磁芯损耗
8、曲线得磁芯单位体积损耗41： P。 l。；1 00mWcm。则变压器铁损为 P。 4V5854sP。 l =21 9W (1 1) 其中，V 548cm 为单个58548磁芯的体积【4】。 因此。变压器的总损耗为 P =P。 D+P。 -+P 1083W (12) S 呈 蛊 三 0 2 曼 I- Flux Density(kilogauss) 图3磁芯损耗曲线 23整流电路损耗 整流电路损耗主要包括二极管导通损耗和二极管关断时 反向恢复引起的损耗两部分。变换器中4个二极管的型号为 DSEI12-12，查其数据手册知，UD0 26V，IRM=72A，t,=70nS。 (1)二极管导通损耗为 P
9、 。t,-IKJ =4IDUooN(1-D 1)=43W (1 3) 其中，ID=O88A为整流二极管的平均电流。 (2)二极管反向恢复损耗为 P1。 ff=4fs(IaMUa2)t,=32-3W 其中Ua=Uj2+nUi =400V为二极管反向电压值。则二 极管的损耗为 PlossD=43+323=366W (】4) 24线路损耗 由于本变换器的工作电流较大，所以线路损耗不能忽略 设输入输出导线压降分别为O05V，则线路上总的损耗： P 。=005x(PifUi +P 。)=18W (15) 综合以上各部分得，系统总的损耗为： PI =3146+1083+36，6+18=807W (16)
10、系统效率为： -q=PJ(P。+Pl。)=600(600+807)=881 (17) 图4为变换器的损耗分布图，从图4可看出，主功率管和 整流二极管的损耗占的比例最大，分别为39、453，整流二 极管的损耗主要为其反向恢复损耗。其次为变压器损耗为 135，线路损耗最小为22。 4变换 拟耗分 l刳 Cc O5Ll 3实验结果 为验证以上对变换器的损耗分析本人研制了一台原理样 机，并对样机进行了效率测试，测试结果如图5所示。图5中曲 线表明，变换器实际测量的满栽效率最高点为r1=86，比理论 计算值低约2个百分点。可能引起估算偏差的原因有：计算时 没有考虑变压器的交流电阻及输出、输入滤波电容的E
11、SR引 起的损耗。 。 4结论 本文对新型交错并联反激变换器的系统损耗进行了分析 计算。并对分析结果进行了实验验证，从以上损耗分析的结果 可见该变换器的主要损耗为变压器损耗和主功率开关管的损 耗。则提高变换器效率的主要途径有： (下转第1 06页) 67 们 ， “ 维普资讯 http:/ 供应链上各个主体均采用绿色技术，因此以合作共赢的思想来 实现绿色技术的创新显得尤为重要，合作能降低绿色制造创新 的风险。同时也能降低其投入。比如，企业选择合适的联盟厂商 (应是与本厂的产品、运输路线等方面比较接近，有较好的经营 状况、较高信誉的等级)建立物流联盟，使用共同或相近的运输 路线、仓储设施和技术平
12、台，充分利用运输和仓储的规模经济。 44重构企业经蕾目标 绿色制造战略区别于其他制造战略异质性的特征是其不 仅需要考虑企业的经营目标，更为重要的是考虑生态安全与社 会福利增进等目标因此绿色制造战略的实施需要重构企业经 营目标企业经营目标的重构涉及企业各个利益主体，利益主 体的协调是企业经营目标能否顺利重构的关键，而加强企业内 部的沟通与交流尤其是领导者与企业员工之间的交流与沟 通，是消除变革阻力协调各利益主体的一个有效途径。 5结束语 发展循环经济是新世纪全球经济呈现出的一种新态势是 一场深刻的工业革命。中国经济必须跟踪这一新动向，发挥后 发优势实现跨越式发展使我国经济和社会真正走上可持续 发
13、展的道路。绿色制造模式是制造领域的新视野，是发展循环 经济的关键因素，是实现可持续发展的重要措施，它不仅强调 对废弃物的回收作用，更强调通过资源缩减、翻新、改制和再生 循环等方式实现节约资源、保护环境和增强竞争力等目标，因 而是企业管理战略的重要组成部分。在不久的将来，肯定会有 越来越多的企业认识到绿色制造的战略重要性，对绿色制造的 发展投入更大的关注。 参考文献 褚大建循环经济：21世纪的新经济U】探索与争鸣，2003(9) 【2】2顾巧论，陈秋双面向循环经济的制遭业系统模式】制遭业自动化， 2004(1) 3】练绪宁简析循环经济的含义、运行原则和实现形式U】重庆环境科 学2003(11)
14、4】席俊杰，吴中马淑萍从传统生产到绿色制造厦循环经济U】中国科 技论坛2005(5) 5】敖三妹绿色制造可持续发展的现代制造模式U】南京工业 大学学报，2005(5) (上接第67页) (1)选用导通电阻更低的开关管或采用软开关技术减小功 率开关管的开关损耗： (2)采用同步整流技术减小整流二极管的反向恢复损耗； (3)优化设计变压器，选用磁芯损耗较低的铁氧体磁芯作 为反激变压器磁芯，采用截面积较大的铜带作为原边绕组的材 料，可大大减小变压器损耗。 参考文献 【1】王红梅，龚春英等新型变错并联反激变换嚣的研究】_电力电子技 术200640(3)：1719 2】王红梅，新型交错并联反激变换嚣的研
15、究南京航空航天大学硕士学 位论文DI200602 33徐德鸿，沈旭等译著开关电源设计指南(第二版)北京，机械工业出 版社M】，2004 【414一MAGNETICS磁I心手册M】 欢迎订阅2007年精细石油化工 精细石油化工杂志创刊于1984年。它由中国石化天津石油化工公司和中国石化集团精细石油化工科技情报中心站联合 主办。国内外公开发行的技术性期刊。作为化学工业类核心期刊连续入选中文核心期刊要目，被中国科技论文与引文数据 库、美国化学文摘(CA)、荷兰Elsevier Bibliographie Databases、中国期刊网、中国科学引文数据库、中国学术期刊(光 盘版)、中国核心期刊(遘选
16、)数据库、中国石化文摘、中国石油文摘等国内外著名检索机构、数据库收录。 精细石油化工报道范围包括油田化学品、日用化工产品、纺织染整助剂、催化剂、功能材料、医药、农药、皮革化学品、食品 和饲料添加剂、胶粘剂、表面活性剂、工业水处理技术、合成材料助剂、炼油精细化学品、电子化学品、精细化工中间体及当代精 细石油化工科学与工业的众多新兴领域。 精细石油化工为双月刊，大16开，8O页，单月18日出版，每本定价8OO元，全年6期48OO元；国内邮发代号：18-125；国内 订阅处：全国各地邮政局；国外邮发代号：BM4379；“总发行：中国国际图书贸易总公司 地址：天津大港区夭津石化公司精细石油化工编辑部 邮编：300271 传真：02263804996 电话：02263804996 02263804759 E-mail：jxsyhgtpcccorncrl 主编：王立新 辑部主任：张红 广告联系人：温飞 1O6 维普资讯 http:/
