反激式開關(guān)電源(陳書生20101201)

1、1234反激式開關(guān)電源有三種工作模式:連續(xù)模式（CCM），非連續(xù)模式(DCM)及臨界模式(BCM)。非連續(xù)工作模式中，功率管零電流開通，開通損耗小。而副邊二極管零電流關(guān)斷，可以不考慮反向恢復(fù)問題，對EMC會有一些好處。但峰值電流較大，原邊關(guān)斷損耗較大。567b在開關(guān)S導(dǎo)通時，輸入電壓Vi加在變壓器初級線圈上，同名端 相對異名端為負，次級二極管D反偏截止。初級電流線性上升（線性電感），變壓器作為電感運行。b變壓器儲存能量，此階段沒有能量傳到次級，電容單獨向負載供電。8poniLtVIp初級電流線性上升，斜率為在開關(guān)管關(guān)斷時，初級電流Ip達到最大值：piLVdtdi19變壓器在開關(guān)管一個導(dǎo)通周期儲

2、存的能量為：fIpLpP221221IpLpE開關(guān)管關(guān)閉后，能量傳遞給次級。若工作在非連續(xù)模式，在開關(guān)管再次導(dǎo)通前，初級儲存的能量將全部傳給次級。輸入功率P（即1s內(nèi)傳遞的能量）為：poniLtVIp將代入上式10得到：poniLftVP22由上式可轉(zhuǎn)化為：PftVLonip22該式就是計算反激式變壓器初級電感量的基本公式。11ppINNi1122當(dāng)功率管關(guān)斷時，次級二極管D正偏導(dǎo)通，次級電流會經(jīng)歷一個從小到大（原邊電流過渡到副邊電流），又從大到?。ǜ边呺娏鲗ω撦d供電）的過程。12b結(jié)構(gòu)簡單。不需要輸出濾波電感。b輸出電壓尖峰較大次級峰值電流較大，I2p=n*I1p，該峰值電流加在電容ESR會

3、產(chǎn)生較高的尖峰電壓，寬度通常小于0.5us。為濾除該尖峰，通常要在主電容后加小型LC濾波器。b需要大容量電容由于在開關(guān)管開通時，只有濾波電容向負載提供電流，因此電容容量必須足夠大。輔佐電源電壓精度約為6%，若需較高精度，需附加線性調(diào)整器。13ba. 多路輸出交叉調(diào)節(jié)問題。b理論上反激變換器沒有輸出濾波電感，只有輸出電容，相當(dāng)于電壓源，只要一路穩(wěn)定，多路輸出的其余各路基本上（除二極管壓降）按匝比穩(wěn)定輸出，比正激電源更適用于多路輸出。b但實際上反激電源的多路輸出交叉調(diào)整率比正激電源更難做。這主要因為正激后面加了個耦合電感，而反激的漏感不是零。b一路輸出穩(wěn)定性非常好，但多路輸出時沒有接反饋的支路電壓

4、會隨其他路的負載變化而劇烈變化。14原因：開關(guān)管關(guān)斷時，次級輸出時的能量分配是有規(guī)律的，是按漏感的大小來分配，如5V 3匝，漏感1uH，12V 7匝，如果漏感為(7/3)2*1=5.4uH,則兩路輸出的電流變化率是一樣的，沒有交叉調(diào)整率的問題，但如果漏感不匹配時，就會出現(xiàn)交叉調(diào)整率問題。15改進方法：1.注意變壓器工藝 讓功率較大，電壓比較低的繞組最靠近初級，其漏感最小，電壓比較高，功率比較小的遠離初級，增加其漏感。2. 輸出電壓較高的繞組在整流管前面增加一個小磁珠或小電感，人為增加其漏感，這樣電流的變化率就接近于其主輸出，電壓就穩(wěn)定。3.采用層疊法，保證其漏感比。如12V和5V共用一部分繞組

5、。16bb.由于變壓器漏感的存在及其它分布參數(shù)的影響，反激電源在開關(guān)管關(guān)斷瞬間會產(chǎn)生很的尖峰電壓，這個尖峰電壓嚴重威脅著開關(guān)管的正常工作，必須采取措施對其進行抑制。目前，有很多方法可使實現(xiàn)這個目的，其中RCD鉗位法以其結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的特點而得以廣泛使用。b由于RCD鉗位電路的鉗位電壓會隨著負載的變化而變化，如果參數(shù)設(shè)計不合理，會降低系統(tǒng)效率或達不到鉗位要求而使開關(guān)管損壞。1718zorsVVdtdiL1orzpssVVILt1ozzpsszpzUUUILTtUIP221211從I1p下降到零的時間為在穩(wěn)壓管在ts期間損耗功率為oorVnVtsI1pI2p19上式為原邊繞組吸收電路的功耗，可

6、見，原邊繞組的峰值電流越大，副邊反射到原邊的電壓越高，原邊電流過渡到副邊電流的時間越長，頻率越高，則損耗越大，整體效率下降的就越多。201)1) 確定最大占空比確定最大占空比當(dāng)輸入電壓最低，輸出功率最大時，占空比當(dāng)輸入電壓最低，輸出功率最大時，占空比D D最大。對原邊開關(guān)管來講，當(dāng)輸入電壓最高時最大。對原邊開關(guān)管來講，當(dāng)輸入電壓最高時，開關(guān)管關(guān)斷期間開關(guān)管承受的電壓越高。，開關(guān)管關(guān)斷期間開關(guān)管承受的電壓越高。oriorMaxVVVDmin對上式有兩個限制條件：1.對次級反射電壓的限制，在最高輸入電壓時，Vimax+Vor對開關(guān)管的Vds擊穿電壓留有足夠的裕量2.對Dmax的限制，一般取0.3-

7、0.4521Vor為開關(guān)管關(guān)斷期間，變壓器副邊電壓根據(jù)電磁感應(yīng)定律，反射到原邊繞組兩端的電壓。Vor越高，吸收回路上消耗的功率就會越高，效率就會降低。同時， Vor越高，開關(guān)管的應(yīng)力也越大。Vor低，則副邊二極管的反向電壓應(yīng)力變高，二極管吸收損耗增大。要根據(jù)實際情況，綜合選擇Vor。22實踐證明600V管子反射電壓不要大于100V，650V管子反射電壓不要大于120V，把漏感尖峰電壓值鉗位在50V時管子還有50V的工作余量?，F(xiàn)在 由于MOS管制造工藝水平的提高，一般反激電源都采用700V或750V甚至 800-900V的開關(guān)管。像這種電路，抗過壓的能力強一些開關(guān)變壓器反射電壓也可以做得比較高一

8、些，最大反射電壓在150V比較合適，能夠獲得較好的綜合性能。23Vds波形lkoridsVVVVmax242).確定變壓器初級側(cè)電感量ionipPftVL22反激式開關(guān)電源初級電感量是個重要參數(shù)，其決定著電源的工作模式。無論是設(shè)計連續(xù)模式還是非連續(xù)模式的反激電源，一般均臨界模式計算，當(dāng)以最大負載設(shè)計臨界模式，則正常工作時為非連續(xù)模式。當(dāng)以一定的比例額定功率（如30%）設(shè)定為臨界模式，在正常工作時為連續(xù)工作模式。正激、推挽等其他形式的電源一般都希望初級電感量盡量大。253).確定合適的磁芯和初級線圈的最少匝數(shù)實際上，磁芯的初始選擇一般是很粗略的，因為變量太多了，一般情況是參考以前的案例初步選擇磁

9、芯。262728選定磁芯型號后，就可以根據(jù)磁芯手冊查得磁芯有效截面Ae，單位為cm2 。根據(jù)選用的磁芯材質(zhì)型號確定最大磁通密度變化量B，單位為：Gs。由下式得出為變壓器初級側(cè)為避免發(fā)生磁芯飽和而應(yīng)具有的最少匝數(shù)：8min10eonipATVN2930111FoorspVVVNNnNp和Ns分別為初級側(cè)和次級側(cè)輸出匝數(shù)。選定正確的次級匝數(shù)值，使Np大于Npmin，316）：變壓器氣隙反激電源變壓器磁芯在工作在單向磁化狀態(tài)，所以磁路需要開氣隙，其一是傳遞更多能量，其二防止磁芯進入飽和狀態(tài)。反激電源的變壓器不僅要通過磁耦合傳遞能量，還擔(dān)負電壓變換輸入輸出隔離的多重作用。所以氣隙的處理需要非常小心，氣

10、隙太大可使漏感變大，磁滯損耗增加，鐵損、銅損增大，影響電源的整機性能。氣隙太小有可能使變壓器磁芯飽和，導(dǎo)致電源損壞3233初級電流峰值fLDVIpipmaxmin1初級電流有效值311maxpDII 導(dǎo)線尺寸：截面積：maxpcuDI.A111440(j=4A/mm2)次級電流峰值ppnII12次級電流持續(xù)占空比OpRVfILD22次級導(dǎo)線尺寸：截面積：RpcuDI.A221440I1pTon34說明：電流密度可以取5-10A/mm2 ,應(yīng)避免使用大于1mm的導(dǎo)線，大電流可以采用多股細銅線、利茲線或銅帶。計算出的導(dǎo)線直徑只是作為參考，確定是否合適要靠溫升測試，其溫升要滿足其相應(yīng)的溫度等級。如

11、glass105, 線圈溫升要小于65度（熱電偶法）35為減少漏感，常采用三明治繞法。常用N1/2 N2 N1/2 36功率管電流定額ID(1.62)Ip功率管電壓定額U（BR）CER(1.3Uimax+Uz)采用開關(guān)二極管，選用較小的trr電流定額ID(23)IO電壓定額UDR2(Vo+Vimax/n)輸出濾波電容選擇pppVIC621065應(yīng)當(dāng)檢查電容在該頻率有效值IC 。不滿足時，采用多個并聯(lián)，或加LC濾波。222oII I2pTRTof37典型波形383940開關(guān)過程分析MOS管關(guān)斷后，初級電流給MOS管輸出電容和變壓器雜散電容充電（實際雜散電容放電），然后DS端電壓諧振上升，由于電流很大，諧振電路Q值很小，所以基本上是線性上升，當(dāng)DS端電壓上升到次級電壓達到輸出電壓加整流管電壓后，次級本應(yīng)該就導(dǎo)通，但由于次級漏感的影響，電壓還會上升一些來克服次級漏感的影響，這樣反映到初級的電壓也高于正常的反射電壓，在這樣條件下，次級電流開始上升，初級電流開始下降，但不要忘記初級的漏感，它由于不能耦合，所以它的能量要釋放，41漏感偏和MOS管輸