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  • 本文主要介绍了反激式变压器开关电源原理图,希望对你的学习有所帮助。
  • 反激式开关电源原理图:很好的反激式电源开发设计原理
  • 反激开关电源主电路工作原理 包含电感电流连续模式和不连续模式公式对比 可以从真正意义上了解反激电路
  • 反激开关电源的工作原理

    千次阅读 2021-03-18 19:09:00
    首先,开关频率跟降压的实现没有关系,实现降压的原理就是反激电路的降压原理,每个周期的降压都是一样的,即便把频率加快也是一样的降压,但是频率快了,有什么意义呢?这就要说,*单个周期的降压过程中,时间越长...

    1,频率的问题:
    功率mos的开关频率在100KHZ左右,那么这个频率有什么意义呢?
    首先,开关频率跟降压的实现没有关系,实现降压的原理就是反激电路的降压原理,每个周期的降压都是一样的,即便把频率加快也是一样的降压,但是频率快了,有什么意义呢?这就要说,*单个周期的降压过程中,时间越长(占空比一定时),传递的能量越多,*那么对变压的要求,就越高,变压器要能储存释放那么多的能量,因此体积就会变大。另外,频率低,周期时间长,电流的纹波就越大,所以,将频率提高,减小单个周期转换的能量,来缩小变压器体积,减小纹波。但是功率MOS管开关时,MOS管,变压器等期间都会产生损耗,开关频率越大,损耗就越大,所以频率不能太高。变压器是有一个效率最高的频率的,工作在这个频率时,变压器效率最高。
    2,变压器实现降压的原理:
    变压器的能量是存储在磁芯上的磁能,这个磁能是初级电能转换过来的,一个周期中,转换进来的磁能要全部转换回电能释放到次级,这样才能一直循环这个步骤。(所以,在设计初次极的开关时要采用断续模式(DCM),以保证磁芯能量全部转换,否则磁芯的能量会积累,很快就损坏了 )采用断续模式不是因为能量完全转换,连续模式也同样是完全转换的,断续和连续是工作模式的不同,断续工作在小功率状态。大功率状态时,使用连续模式,其实,是因为小功率时,用连续模式会有问题,所以才不得不采用断续模式。
    变压器磁能和电能的转化有一个定律:伏秒守恒,即变压器绕组施加一个正向电压与施加时间的乘积必须等于所施加的反向电压与施加时间的乘积。(这是电感伏安关系U=L(di/dt)推到来的,同样由电容的伏安关系I=C(du/dt)也可以推导出安秒守恒:电容充电的电流与时间的乘积等于放电电流与时间的乘积)。
    基于此定律可以得到,降压与占空比有关(按上面的原理,电源只工作在连续模式就可以了,降压只与D有关。但是在上面的基础上,因为小功率工作状态下出现了另外一个问题,为了解决那个问题,必需采用断续工作模式,进而导致降压关系不光要与D有关,还受到了负载的影响)。初级电压高,施加时间短,次级电压低,施加时间长。
    当然,这个时间长短不是绝对时间,而是相对时间,即初级和次级的相对时间。初级侧,导通时间占周期的比值,占空比。
    这也说明,变压与频率无关。
    从上面的考虑来说,变压确实与频率无关,因为我们是采用脉宽调制技术来调压的,但是,我们的电源不是只工作在脉宽调制的模式下,还有频率调节模式。就是在低功率输出时,不需要太高的工作频率,那样太浪费了,然后就会切换使用频率调节模式,这时候,变压就与频率有关了
    但所谓的伏秒守恒,其实其本质是能量的守恒。其表现形式与电感的伏安特性:U=L(di/dt)有关;
    3,变压器的辅助绕组的工作原理:
    变压器辅助绕组,其实可以看作是另外一个次级绕组,在初级绕组导通时,其和次级绕组是一样的,不过辅助绕组的线圈比次级多,所以电压是30V左右。当初级绕组断开时,次级绕组也会像初级绕组一样,产生漏感的电压,所以辅助绕组的回路中既有次级绕组的整流电容,也有初级绕组的吸收回路。

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    千次阅读 2021-03-23 20:24:41
    有源钳位反激电路和无源钳位反激(RCD吸收回路)

    有源钳位反激电路和无源钳位反激(RCD吸收回路)

    传统的硬开关反激变换器功率开关管电压,电流应力大,变压器的漏感引起尖峰电压,必须采用无源RCD吸收回路进行钳位限制,避免功率管被反向击穿。RCD回路由一个二极管,两个电阻和一个电容组成。二极管使其单向导通,即在功率MOS断开时其回路导通,吸收漏感能量。一个电阻和电容并联,电容起到电压钳位的作用,并吸收存储变压器初级漏感能量,后续在并联的电阻上消耗掉。
    由上面RCD的工作原理得,漏感能量被RCD吸收消耗掉了。效率就低一点。
    为了改善上面的情况,提高效率,就有了有源钳位电路。如下图(忽略Lr,Lm,他们是初级电感和漏感)
    在这里插入图片描述
    将RCD吸收电路的电阻R去掉,同时将二极管换成功率MOS,这样就变成了有源钳位反激变换器,通过磁化曲线在第一,第三象限交替工作,将吸收电路的电容吸收的电压尖峰能量回馈到输入电压,从而实现系统的正常工作,且降低了能量损耗,提升了效率。

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    本文的笔记参考资料为,王兆安《电力电子技术》第五版,以及TI培训视频  邵革良《精通反激电源变压器设计》。

     

    一、反激电路 原理部分

     

    二、反激电源的一般结构

    顺着箭头方向,依次是 EMI滤波器 -> 交流整流 -> 和反激拓扑。

    其中 反激电源变压器的本质 是一个储能电感

     

    下图是一个应用实例

    个各功能区介绍如下

    输入滤波

    下方红框是整流电路

    反激电路的核心

    控制IC

    辅助绕组

    以及输出的闭环反馈

     

    四、反激电源的3种工作模式

    CCM 电流连续模式,即电感电流(复变绕组电流)咋S开通前,电流尚未下降为0. 体现在波形图中是梯形波。(Ids的初始小尖峰是电容放电)

    DCM  电流连续模式,即电感电流(复变绕组电流)咋S开通前,电流尚已经下降为0.体现在波形图中是三角波。 在复变电感电流降为零之后,Vds的波动来源于变压器漏感里的能量,进行的自由震荡。所以在震荡区,原副边都没电流。

    CRM 临界模式          在开通时刻恰好下降为零

     

     

     

     

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    反激电路工作原理(在实际应用中我选择了PI的一款LNK624,还是比较好用的)

    该芯片选取的是LinkSwitch-CV家族里的一款芯片,能够满足小功率反激电路设计或者大功率电源辅助电源设计需求

     

     

    工作流程图如下

    设计过程

    输入整流,滤波啥的就不谈了,本文主要讨论一下反激电源反馈调节原理,以LNK624为例。

    内部架构

     

     功能说明

                     1、恒压控制(FB反馈电压调节开关管占空比,进而调节输出电压)

                     2、自动重启和开环保护(检测输出电压是否大于DCmax保护)

                     3、过温保护(内置温度检测,过温自动掐断驱动)

                     4、电流限制(DS电流检测放大,过流后自动掐断驱动)

                     5、6V稳压(电压低于5V自动保护)

    注释:         

                      LNK624该芯片内部有一颗Pmos。集成温度检测、电流检测,反馈端电压检测、外部电压限制值,电流限制值可以设置,内部所有检测及反馈都是通过状态机进行反馈,然后调节输出开关管驱动实现恒压调节。

                      供电是从D端(高压端)直接取电然后经过线性稳压调节为6V,如果电压低于5V会直接保护。

    问题:多端反激设计时,源极带载能力较弱。

    解决方案:在次级端加假负载(在满足温升以及电气性能的前提下)。

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反激电路的原理