反激式開關電源總結

2021-11-01 02:12:27 字數 4021 閱讀 7008

開關電源分為,隔離與非隔離兩種形式,在這裡主要談一談隔離式開關電源的拓撲形式,隔離電源按照結構形式不同,可分為兩大類:正激式和反激式。反激式指在變壓器原邊導通時副邊截止,變壓器儲能。

原邊截止時,副邊導通,能量釋放到負載的工作狀態,一般常規反激式電源單管多,雙管的不常見。正激式指在變壓器原邊導通同時副邊感應出對應電壓輸出到負載,能量通過變壓器直接傳遞。按規格又可分為常規正激,包括單管正激,雙管正激。

半橋、橋式電路都屬於正激電路。

正激和反激電路各有其特點,在設計電路的過程中為達到最優價效比,可以靈活運用。一般在小功率場合可選用反激式。稍微大一些可採用單管正激電路,中等功率可採用雙管正激電路或半橋電路,低電壓時採用推挽電路,與半橋工作狀態相同。

大功率輸出,一般採用橋式電路,低壓也可採用推挽電路。

反激式電源因其結構簡單,省掉了乙個和變壓器體積大小差不多的電感,而在中小功率電源中得到廣泛的應用。在有些介紹中講到反激式電源功率只能做到幾十瓦, 輸出功率超過 100 瓦就沒有優勢,實現起來有難度。本人認為一般情況下是這樣的,但也不能一概而論,pi 公司的top晶元就可做到 300 瓦,有文章介紹反激電源可做到上千瓦,但沒見過實物。

輸出功率大小與輸出電壓高低有關。

反激電源變壓器漏感是乙個非常關鍵的引數,由於反激電源需要變壓器儲存能量,要使變壓器鐵芯得到充分利用,一般都要在磁路中開氣隙,其目的是改變鐵芯磁滯迴線的斜率,使變壓器能夠承受大的脈衝電流衝擊,而不至於鐵芯進入飽和非線形狀態,磁路中氣隙處於高磁阻狀態,在磁路中產生漏磁遠大於完全閉合磁路。

變壓器初次極間的偶合,也是確定漏感的關鍵因素,要盡量使初次極線圈靠近,可採用三明治繞法,但這樣會使變壓器分布電容增大。選用鐵芯盡量用視窗比較長的磁芯,可減小漏感,如用 ee、ef、eer、pq 型磁芯效果要比 ei型的好。

關於反激電源的占空比,原則上反激電源的最大占空比應該小於 0.5,否則環路不容易補償,有可能不穩定,但有一些例外,如美國 pi 公司推出的 top 系列晶元是可以工作在占空比大於 0.5 的條件下。

占空比由變壓器原副邊匝數比確定,本人對做反激的看法是,先確定反射電壓(輸出電壓通過變壓器耦合反映到原邊的電壓值),在一定電壓範圍內反射電壓提高則工作占空比增大,開關管損耗降低。反射電壓降低則工作占空比減小,開關管損耗增大。當然這也是有前提條件,當占空比增大,則意味著輸出二極體導通時間縮短,為保持輸出穩定,更多的時候將由輸出電容放電電流來保證,輸出電容將承受更大的高頻紋波電流沖刷,而使其發熱加劇,這在許多條件下是不允許的。

占空比增大,改變變壓器匝數比,會使變壓器漏感加大,使其整體效能變,當漏感能量大到一定程度,可充分抵消掉開關管大占空帶來的低損耗,時就沒有再增大占空比的意義了,甚至可能會因為漏感反峰值電壓過高而擊穿開關管。由於漏感大,可能使輸出紋波,及其他一些電磁指標變差。當占空比小時,開關管通過電流有效值高,變壓器初級電流有效值大,降低變換器效率,但可改善輸出電容的工作條件,降低發熱。

如何確定變壓器反射電壓(即占空比)

今天接著談關於反激電源的占空比(本人關注反射電壓,與占空比一致),占空比還與選擇開關管的耐壓有關,有一些早期的反激電源使用比較低耐壓開關管,如 600v 或650v 作為交流 220v 輸入電源的開關管, 也許與當時生產工藝有關,高耐壓管子,不易製造,或者低耐壓管子有更合理的導通損耗及開關特性,像這種線路反射電壓不能太高,否則為使開關管工作在安全範圍內,吸收電路損耗的功率也是相當可觀的。

實踐證明 600v管子反射電壓不要大於 100v,650v 管子反射電壓不要大於120v,把漏感尖峰電壓值鉗位在 50v 時管子還有 50v 的工作餘量。現在由於 mos管製造工藝水平的提高,一般反激電源都採用 700v 或 750v 甚至 800-900v 的開關管。像這種電路,抗過壓的能力強一些開關變壓器反射電壓也可以做得比較高一些,最大反射電壓在 150v 比較合適,能夠獲得較好的綜合性能。

pi公司的 top晶元推薦為 135v 採用瞬變電壓抑制二極體鉗位。但他的評估板一般反射電壓都要低於這個數值在 110v 左右。這兩種型別各有優缺點:

第一類:缺點抗過壓能力弱,占空比小,變壓器初級脈衝電流大。優點:

變壓器漏感小,電磁輻射低,紋波指標高,開關管損耗小,轉換效率不一定比第二類低。 第二類:缺點開關管損耗大一些,變壓器漏感大一些,紋波差一些。

優點:抗過壓能力強一些,占空比大,變壓器損耗低一些,效率高一些。

反激電源反射電壓還有乙個確定因素反激電源的反射電壓還與乙個引數有關,那就是輸出電壓,輸出電壓越低則變壓器匝數比越大,變壓器漏感越大,開關管承受電壓越高,有可能擊穿開關管、吸收電路消耗功率越大,有可能使吸收迴路功率器件永久失效(特別是採用瞬變電壓抑制二極體的電路)。在設計低壓輸出小功率反激電源的優化過程中必須小心處理,其處理方法有幾個:

1、 採用大乙個功率等級的磁芯降低漏感,這樣可提高低壓反激電源的轉換效率,降低損耗,減小輸出紋波,提高多路輸出電源的交差調整率,一般常見於家電用開關電源,如光碟機、dvb機頂盒等。

2、如果條件不允許加大磁芯,只能降低反射電壓,減小占空比。降低反射電壓可減小漏感但有可能使電源轉換效率降低,這兩者是乙個矛盾,必須要有乙個替代過程才能找到乙個合適的點,在變壓器替代實驗過程中,可以檢測變壓器原邊的反峰電壓,盡量降低反峰電壓脈衝的寬度,和幅度,可增加變換器的工作安全裕度。一般反射電壓在 110v 時比較合適。

3、增強耦合,降低損耗,採用新的技術,和繞線工藝,變壓器為滿足安全規範會在原邊和副邊間採取絕緣措施,如墊絕緣膠帶、加絕緣端空膠帶。這些將影響變壓器漏感性能,現實生產中可採用初級繞組包繞次級的繞法。或者次級用三重絕緣線繞制,取消初次級間的絕緣物,可以增強耦合,甚至可採用寬銅皮繞制。

文中低壓輸出指小於或等於 5v 的輸出,像這一類小功率電源,本人的經驗是,功率輸出大於 20w 輸出可採用正激式,可獲得最佳價效比,當然這也不是決對的, 與個人的習慣,應用的環境有關係,下次談一談反激電源用磁性芯,磁路開氣隙的一些認識,希望各位高人指點。

反激電源變壓器磁芯在工作在單向磁化狀態,所以磁路需要開氣隙,類似於脈動直流電感器。部分磁路通過空氣縫隙耦合。為什麼開氣隙的原理本人理解為:

由於功率鐵氧體也具有近似於矩形的工作特性曲線(磁滯迴線),在工作特性曲線上 y 軸表示磁感應強度(b),現在的生產工藝一般飽和點在 400mt 以上,一般此值在設計中取值應該在200-300mt 比較合適、x 軸表示磁場強度(h)此值與磁化電流強度成比例關係。磁路開氣隙相當於把磁體磁滯迴線向 x 軸向傾斜,在同樣的磁感應強度下,可承受更大的磁化電流,則相當於磁心儲存更多的能量,此能量在開關管截止時通過變壓器次級瀉放到負載電路,反激電源磁芯開氣隙有兩個作用。其一是傳遞更多能量,其二防止磁芯進入飽和狀態。

反激電源的變壓器工作在單向磁化狀態,不僅要通過磁耦合傳遞能量,還擔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,影響電源的整機效能。氣隙太小有可能使變壓器磁芯飽和,導致電源損壞

所謂反激電源的連續與斷續模式是指變壓器的工作狀態,在滿載狀態變壓器工作於能量完全傳遞,或不完全傳遞的工作模式。一般要根據工作環境進行設計,常規反激電源應該工作在連續模式,這樣開關管、線路的損耗都比較小,而且可以減輕輸入輸出電容的工作應力,但是這也有一些例外。

需要在這裡特別指出:由於反激電源的特點也比較適合設計成高壓電源,而高壓電源變壓器一般工作在斷續模式,本人理解為由於高壓電源輸出需要採用高耐壓的整流二極體。由於製造工藝特點,高反壓二極體,反向恢復時間長,速度低,在電流連續狀態,二極體是在有正向偏壓時恢復,反向恢復時的能量損耗非常大,不利於變換器效能的提高,輕則降低轉換效率,整流管嚴重發熱,重則甚至燒毀整流管。

由於在斷續模式下,二極體是在零偏壓情況下反向偏置,損耗可以降到乙個比較低的水平。所以高壓電源工作在斷續模式,並且工作頻率不能太高。

還有一類反激式電源工作在臨界狀態,一般這類電源工作在調頻模式,或調頻調寬雙模式,一些低成本的自激電源(rcc)常採用這種形式,為保證輸出穩定,變壓器工作頻率隨著,輸出電流或輸入電壓而改變,接近滿載時變壓器始終保持在連續與斷續之間,這種電源只適合於小功率輸出,否則電磁相容特性的處理會很讓人頭痛

反激開關電源變壓器應工作在連續模式,那就要求比較大的繞組電感量,當然連續也是有一定程度的,過分追求絕對連續是不現實的,有可能需要很大的磁芯, 非常多的線圈匝數,同時伴隨著大的漏感和分布電容,可能得不償失。那麼如何確定這個引數呢,通過多次實踐,及分析同行的設計,本人認為,在標稱電壓輸入時,輸出達到 50%~60%變壓器從斷續,過渡到連續狀態比較合適。或者在最高輸入電壓狀態時,滿載輸出時,變壓器能夠過渡到連續狀態就可以了。

多路輸出反激式開關電源的反饋環路設計

引言開關電源的輸出是直流輸入電壓 占空比和負載的函式。在開關電源設計中,反饋系統的設計目標是無論輸入電壓 占空比和負載如何變化,輸出電壓總在特定的範圍內,並具有良好的動態響應效能。電流模式的開關電源有連續電流模式 ccm 和不連續電流模式 dcm 兩種工作模式。連續電流模式由於有右半平面零點的作用,...

反激式變壓器開關電源的優缺點

由於反激式開關電源僅在控制開關關斷期間才向負載提供能量輸出,當負載電流出現變化時,開關電源不能立刻對輸出電壓或電流產生反應,而需要等到下個工作週期時,通過輸出電壓取樣和調寬控制電路的作用,開關電源才開始對已經過去了的事件進行反應 即改變占空比 因此,反激式開關電源輸出電壓的瞬態控制特性相對來說比較差...

正激開關電源詳解

當q突然關斷時,nr中突然產生電流,和前一瞬間np的電流相等,使得鐵心中磁通連續。此後,因電流是反向流入外加電源vin的,故nr中的電流由大到小持續減小,才能感生出電動勢和外加電源抗衡。這兩段電流 q導通時的np電流,和q關斷時的nr及dr的電流 的綜合作用,相當於交流變壓器中的 空載電流 其中前者...