隔離反激開(kāi)關(guān)電源課件

隔離反激開(kāi)關(guān)電源原理及應(yīng)用分析開(kāi)關(guān)電源的產(chǎn)生與發(fā)展原理介紹開(kāi)關(guān)電源的產(chǎn)生與發(fā)展

隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展,那種體積大而笨重的使用工頻變壓器的線性調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源已經(jīng)過(guò)時(shí)。取而代之的是小型化、重量輕、效率高的隔離式開(kāi)關(guān)電源。隔離開(kāi)關(guān)電源隔離式開(kāi)關(guān)電源的核心是一種高頻電源變換電路，能高效率地穩(wěn)定輸出直流電壓。開(kāi)關(guān)電源的工作過(guò)程：把220V交流電經(jīng)整流，濾波后為300V左右的直流電壓，再由開(kāi)關(guān)管斬成交流方波，交流方波通過(guò)變壓器一次側(cè)，再由變壓器二次側(cè)輸出，再經(jīng)整流獲得需要的電壓。按能量傳輸過(guò)程可分：正激（forward）開(kāi)關(guān)電源和反激（flyback）開(kāi)關(guān)電源

電路的工作過(guò)程電路結(jié)構(gòu)由逆變器（DC-AC）,高頻變壓器（N1,N2,N3繞組），整流二極管，續(xù)流二極管，儲(chǔ)能電感，反饋控制PWM的電路及輸出電容C組成。開(kāi)關(guān)S開(kāi)通后,變壓器繞組N1兩端的電壓為上正下負(fù),與其耦合的N2繞組兩端的電壓也是上正下負(fù).因此VD1處于通態(tài),VD2為斷態(tài),電感L的電流逐漸增長(zhǎng);

S關(guān)斷后,電感L通過(guò)VD2續(xù)流,VD1關(guān)斷.S關(guān)斷后變壓器的激磁電流經(jīng)N3繞組和VD3流回電源,以完成磁復(fù)位,所以S關(guān)斷后承受的電壓為Us=Ui+Ui*N1/N3變壓器的磁心復(fù)位:開(kāi)關(guān)S開(kāi)通后,變壓器的激磁電流由零開(kāi)始,隨著時(shí)間的增加而線性的增長(zhǎng),直到S關(guān)斷.為防止變壓器的激磁電感飽和,必須設(shè)法使激磁電流在S關(guān)斷后到下一次再開(kāi)通的一段時(shí)間內(nèi)降回零,這一過(guò)程稱(chēng)為變壓器的磁心復(fù)位.變壓器的磁心復(fù)位時(shí)間為:

Tr=N3*Ton/N1

輸出電壓:

Uo=(N2/N1)*Ui*D

2.反激（flyback）開(kāi)關(guān)電源反激開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浼肮ぷ鞑ㄐ坞娐饭ぷ鬟^(guò)程電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)和正極相比，電路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，在初級(jí)少了磁復(fù)位電路，因?yàn)樵谧儞Q器反激(S關(guān)斷)期間，二次繞組和整流二極管構(gòu)成電路回路，同時(shí)完成磁復(fù)位功能；在次級(jí)少了續(xù)流二極管和儲(chǔ)能電感。S開(kāi)通后,VD處于斷態(tài),N1繞組的電流線性增長(zhǎng),電感儲(chǔ)能增加;

S關(guān)斷后,N1繞組的電流被切斷,VD處于正向?qū)?，變壓器中的磁?chǎng)能量通過(guò)N2繞組向輸出端釋放.S關(guān)斷后的電壓為:us=Ui+N1*Uo/N2

輸出電壓關(guān)系:Uo=(N2/N1)*Ui*D/（1-D）正激開(kāi)關(guān)電源與反激開(kāi)關(guān)電源的特性比較1.反激式開(kāi)關(guān)電源的電壓和電流的輸出特性要比正激式開(kāi)關(guān)電源的差。

用電壓或電流的幅值與其平均值之比，稱(chēng)為脈動(dòng)系數(shù)S，S的值越小，表示輸出電壓和電流越穩(wěn)定，電壓和電流的紋波也越小。由于正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源一般都是選取變壓器輸出電壓的一周平均值，儲(chǔ)能電感在控制開(kāi)關(guān)接通和關(guān)斷期間都向負(fù)載提供電流輸出，因此，正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載能力相對(duì)來(lái)說(shuō)比較強(qiáng)，輸出電壓的紋波比較小。在正常負(fù)載的情況下，控制開(kāi)關(guān)的占空比最好選取在0.5左右，或稍大于0.5，此時(shí)流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感的電流才是連續(xù)電流。此種情況下，負(fù)載能力相對(duì)來(lái)說(shuō)比較強(qiáng)。觀察反激開(kāi)關(guān)電源的次級(jí)二極管的電流情況可知，在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間，二極管反偏沒(méi)有電流，負(fù)載的電流只有依靠輸出電容提供，只有在開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，二極管正向?qū)ńo輸出電容充電如果開(kāi)關(guān)周期及占空比相同的情況下，反激輸出的能量只有正激的一半3.反激式開(kāi)關(guān)電源變壓器初級(jí)和次級(jí)線圈的漏感都比較大，開(kāi)關(guān)電源變壓器的工作效率低。反激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的鐵芯一般需要留一定的氣隙，一方面是為了防止變壓器的鐵芯因流過(guò)變壓器的初級(jí)線圈的電流過(guò)大，容易產(chǎn)生磁飽和。另一方面是因?yàn)樽儔浩鞯妮敵龉β剩ǚ敕e）小，需要通過(guò)調(diào)整電壓器的氣隙和初級(jí)線圈的匝數(shù)，來(lái)調(diào)整變壓器初級(jí)線圈的電感量的大小。電感量增大漏感也增大增加氣隙會(huì)增大磁阻，增加變壓器的熱損耗，從而會(huì)降低開(kāi)關(guān)電源變壓器的工作效率，并且漏感還會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，容易把開(kāi)關(guān)管擊穿。5.反激開(kāi)關(guān)電源適用于多路輸出的電路因?yàn)榉醇ら_(kāi)關(guān)電源次級(jí)不需要儲(chǔ)能電感和續(xù)流二極管，只要在變壓器設(shè)計(jì)上，增加繞組即可實(shí)現(xiàn)多路輸出。隔離反激開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用與分析F420的功率在10W左右，所以選用的是12V/1.5A18W的反激開(kāi)關(guān)電源，下面就該款電源在應(yīng)用中遇到的一些問(wèn)題就行討論分析，如遇到類(lèi)似問(wèn)題可以提供參考方向。電路圖如下開(kāi)關(guān)電源電流音問(wèn)題開(kāi)關(guān)電源電流音：開(kāi)關(guān)電源直流輸出端的正極或負(fù)極對(duì)交流輸入端的大地有個(gè)共模交流電壓，其交流頻率是市電的兩倍,如50Hz市電,共模交流電壓頻率即是100Hz(因?yàn)殡娫垂?yīng)器普遍使用全波整流電路的關(guān)系).如這種電源用于語(yǔ)音產(chǎn)品，這個(gè)共模交流電壓對(duì)產(chǎn)品的系統(tǒng)電路而言是看不到的,但是會(huì)經(jīng)由我們的產(chǎn)品進(jìn)入電話機(jī),依據(jù)電話機(jī)本身特性,如聽(tīng)筒設(shè)計(jì)差異等,會(huì)將共模電壓轉(zhuǎn)換成可聽(tīng)見(jiàn)的差模信號(hào),經(jīng)由聽(tīng)筒的receiver/speaker輸出,我們就聽(tīng)到了AChumnoise.這種共模交流電壓在過(guò)去使用Linearadaptor的時(shí)代是不明顯的.但因?yàn)閟witchingadaptor通常具備連接一二次側(cè)的安規(guī)電容,以解決EMI中的ConductionEmission問(wèn)題,以致一次側(cè)信號(hào)會(huì)couple至二次側(cè),故二次側(cè)共模交流電壓相對(duì)變高許多.實(shí)際量測(cè),30~90Vrms是很常見(jiàn)的.開(kāi)關(guān)電源電流音的解決AChumNoise的存在使我們?cè)谕ㄔ捴须娫捒偰苈?tīng)到一些雜訊，一般我們要求在10V以?xún)?nèi)，一般話機(jī)就不易聽(tīng)得到雜訊了。這個(gè)電壓越小越好，由于開(kāi)關(guān)電源的機(jī)理決定了不可能完全消除，但是我們可以在設(shè)計(jì)中盡量減小此雜訊減小電流音的方法，就我目前了解的一些，做個(gè)介紹1.在輸入端，將全波整流改為半波整流，AChumNoise會(huì)降低一半，因?yàn)?20V的市電整流由全波變?yōu)榘氩ǎ芰繙p少50%，這樣在輸出端表現(xiàn)出來(lái)的結(jié)果，會(huì)在全波整流的水平降低50%.此種方式會(huì)加大輸出電壓紋波和降低效率.2.將Y電容減小或者拿掉不用，拿掉這種方式很管用，一般會(huì)降低到10V以?xún)?nèi)，但是一般直接這樣改掉會(huì)使ConductionEmission很爛，電流音和CE是蹺蹺板的兩端，不能只顧C(jī)E或電流音，需要采取折中的方法取個(gè)平衡點(diǎn)，這就需要不斷tryY電容的大小了.開(kāi)關(guān)電源電流音的解決3.變壓器的參數(shù)會(huì)影響電流音的好壞，因?yàn)檎麄€(gè)開(kāi)關(guān)電源的回路,初級(jí)與次級(jí)之間只是跨接了光耦，Y電容，變壓器這三個(gè)器件，光耦對(duì)AChumnoise是沒(méi)有影響的，Y電容的大小，變壓器的寄生電容和材料會(huì)影響電流音的大小變壓器的寄生電容影響同Y電容的效果也是一樣的，越大，電流音越大，廠商在變壓器設(shè)計(jì)繞制的時(shí)候需注意此參數(shù)變壓器磁芯的材料會(huì)影響電流音的大小，磁導(dǎo)率越高電流音越嚴(yán)重，但是磁導(dǎo)率越低，磁損耗也會(huì)越大，這會(huì)增加變壓器的發(fā)熱量，這需要廠商尋找較好的磁芯材料來(lái)解決磁問(wèn)題開(kāi)關(guān)電源電流音的解決4.采用線性電源可以解決電流音問(wèn)題，但是現(xiàn)在的電源都要求滿(mǎn)足寬范圍輸入電壓100—240V，線性電源不能符合，而且一般線性電源的效率較低開(kāi)關(guān)MOS管的選擇NOMS寄生參數(shù)模型：包含有寄生電容，寄生二極管，其中Cgd與Cgs對(duì)開(kāi)關(guān)速度影響較大，Cds對(duì)關(guān)斷損耗影響較大。開(kāi)關(guān)MOS管的選擇正常速度關(guān)斷，電壓跟電流會(huì)有交叉，所以開(kāi)關(guān)速度對(duì)關(guān)斷損耗影響。*IU*IUI整流濾波設(shè)計(jì)次級(jí)主要是整流二極管選擇，濾波電容選擇濾波電容選擇只需要考慮耐壓值，紋波，溫升即可。一般濾波電容使用電解電容，但是電解電容ESR比較大，會(huì)造成紋波大，如果紋波不合要求可以使用多個(gè)電解電容并聯(lián)減小ESR，較小ESR的電容電解電容溫升會(huì)影響壽命，