松耦合反激LED电源的分析与设计

王文杰，刘 平，杜 波

（郑州大学 信息工程学院，河南 郑州 450000）

松耦合反激LED电源的分析与设计

王文杰，刘 平，杜 波

（郑州大学 信息工程学院，河南 郑州 450000）

在利用松耦合变压器进行电能传输的系统中，系统的工作频率和器件选取跟系统电能传输的大小有紧密联系。本文对松耦合变压器在反激电源中的应用做了分析,并对松耦合变压器的原边和副边的电压和电流波形进行了时域分析。确定了副边导通和关断的时刻，对系统的可行性有了直观的判断，为器件的选取提供了依据。

松耦合变压器；电能传输；反激电源；时域分析

传统的电能传输系统是直接利用导线等电连接来实现的，并在电能传输领域得到了广泛应用。但是随着对供电品质、安全性、可靠性等的要求不断提高。传统的供电方式已经不能满足某些特定场合的供电需求。

例如，参考文献[1-3]中提出：在采矿领域，感应电能传输可以完全避免由摩擦电火花引起的爆炸而产生的重大事故。在水下作业时，传统的供电方式也存在着电击的危险。在移动供电时传统的供电方式也存在由滑动带来的磨损。在气密设备内部供电场合，传统供电方式不能保证气密性。

1 拓扑结构和工作原理

输入电压为交流电压，经过全桥整流和电容C0的滤波为松耦合变压器的原边电路供电。开关管Q由PWM信号驱动。当开关管开通时，电源VSin为电容C充电，副边电路由于二极管D反向偏置而不导通。当开关管Q关断时，电容C与变压器原边Lp组成LC谐振回路，首先关断瞬间电容C向变压器原边Lp中充电，当电容C中电压变为0时，变压器原边电感Lp向电容C反向充电，ULs当副边电压 大于某一值时，副边导通。

图1 松耦合反击电源的电路Fig. 1 Circuit of the loosely coupled flyback LED power supply

2 等效电路的建立

[4]提出互感模型是用来描述变压器原副边电磁感应关系的一种电路等效模型。互感模型是用感应电压和反应电压来描述原边和副边的耦合关系，他们都用互感来表示。由于松耦合变压器的耦合系数小，不满足原边和副边的匝数比例关系。因此，用互感模型来表示松耦合变压器是合理的。

因此，变压器原边绕组的电压为

3 系统参数计算和分析

变压器原边电感电流ip等于电容中的电流ic的值，即

将Uc的函数带入（2）式得

图3是松耦合变压器在图1电路中副边导通时的具体等效电路，U1的大小等于与变压器原边谐振的电容C两端的电压，在副边，U2的电压就等于电容Cout两端电压。Cout可以等效成一个直流电压源，大小为V2。

图3 松耦合反击变压器等效电路Fig. 3 Equivalent circuit of the loosely coupled transformer

得出副边导通时刻t1为：

根据开关频率使t1＞ton选出k1值，设副边关断时刻为t2，则导通瞬间iLs(t1) =0。

导通时根据基尔霍夫定律列出原、副边回路的电压方程为：

在副边导通即t=t1时，原边电流ip(t1)大小由t1带入 ip得到

在t1时刻，电容两端电压为

联立方程（4）（5）得:

当副边导通后，系统的工作频率从ω变成了ω1

当下一个PWM上升沿到达，即u**c=V1的时候，求出此时时刻t3为：

4 仿 真

用MULTISIM仿真结果如图4～图6所示。

输入电压150 V直流，电流20 mA，输出电压35 V，负载22个LED，输入功率为3 W，输出功率为2.45 W，耦合系数为0.5，开关频率为400 kHz，占空比50%。

图4 电容两端电压UFig. 4 Voltage of capacity

可以看出函数表达式与实物仿真的波形相同，可以证明函数计算的正确性。

图5 原边电流ip 波形Fig. 5 Current waveforms of the primary side

图6 副边电流is波形Fig. 6 Current waveforms of secondary side

5 结 论

提出了一种基于松耦合的反激LED驱动电路，并在时域分析了其工作过程，对电压电流波形进行了函数解析。并对函数进行仿真验证，证明了其正确性。可以广泛应用于松耦合LED驱动电路中，而且对松耦合反击变换器的研究具有指导意义。

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The analysis and design of the loosely coupled fl yback LED power supply

WANG Wen-jie, LIU Ping, DU Bo
（School of Information Engineering, Zhengzhou Unirersity, Zhengzhou 450000, China）

In the use of loosely coupled transformer for power transmission, The work frequency of the system and component selection are close with the capacity of the power transmission system. In this paper, given to analysis the application of the loosely coupled transformer in the flyback switching power supply, And the voltage and current waveforms of the primary side and secondary side of loosely coupled transformer are analyzed in time domain. The moment of secondary side conduction and shut off are determined. This thesis has the intuitive judgment on the feasibility of the system and provides the basis for component selection.

loosely coupled transformer; inductive power transfer; the flyback power supply; time domain analysis

TN751.1

A

1674-6236(2014)03-0139-03

2013–06–28 稿件编号：201306195

王文杰(1987—)，男，河南鹤壁人，硕士研究生。研究方向：电力电子技术。