因该电源是公司产品的一个配套使用,且各项指标都不是要求太高,故选用最常用的反激拓扑,这样既可以减小体积(给的体积不算大),还能降低成本,一举双的!
反激拓扑的前身是Buck-Boost变换器,只不过就是在Buck-Boost变换器的开关管和续流二极管之间放入一个变压器,从而实现输入与输出电气隔离的一种方式,因此,反激变换器也就是带隔离的Buck-Boost变换器。
先学习下Buck-Boost变换器
工作原理简单介绍下
1.在管子打开的时候,二极管D1反向偏置关断,电流Is流过电感L,电感电流IL线性上升,储存能量!
2.当管子关断时,电感电流不能突变,电感两端电压反向为上负下正,二极管D1正向偏置开通!给电容C充电及负载提供能量!
3.接着开始下个周期!
从上面工作可以看出,Buck-Boost变换器是先储能再释放能量,VS不直接向输出提供能量,而是管子打开时,把能量储存在电感,管子关断时,电感向输出提供能量!
根据电流的流向,可以看出上边输出电压为负输出!
根据伏秒法则
Vin*Ton=Vout*Toff
Ton=T*D
Toff=T*(1-D)
代入上式得
Vin*D=Vout*(1-D)
得到输出电压和占空比的关系Vout=Vin*D/(1-D)
看下主要工作波形
从波形图上可以看出,晶体管和二极管D1承受的电压应力都为Vs+Vo(也就是Vin+Vout);
再看最后一个图,电感电流始终没有降到0,所以这种工作模式为电流连续模式(Ccm模式)。
如果再此状态下把电感的电感量减小,减到一定条件下,会出现这个波形!
从上图可以看出,电感电流始终降到0后再到最大,所以这种模式叫不连续模式(DCM模式)。
把上边的Buck-Boost变换器的开关管和续流管之间加上一个变压器就会变成反激变换器!
还是和上边一样,先把原理大概讲下:
1. 开关开通,变压器初级电感电流在输入电压的作用下线性上升,储存能量。变压器初级感应电压到次级,次级二极管D反向偏置关断。
2. 开关关断,初级电流被关断,由于电感电流不能突变,电感电压反向(为上负下正),变压器初级感应到次级,次级二极管正向偏置导通,给C充电和向负载提供能量!
3. 开始下个周期。以上假设C的容量足够大,在二极管关断期间(开关开通期间)给负载提供能量!
咱先看下在理想情况下的VDS波形
上面说的是指变压器和开关都是理想工作状态!
从图上可以看出Vds是由VIN和VF组成,VIN大家可以理解是输入电压,那VF呢?
这里我们引出一个反激的重要参数:反射电压即VF,指次级输出电压按照初次级的砸比反射到初级的电压。可以用公式表示为VF=VOUT/(NS/NP),(因分析的是理想情况,这里我们忽略了整流管的管压降,实际是要考虑进去的)
式中VF为反射电压;
VOUT为输出电压;
NS为次级匝数;
NP为初级匝数。
比如,一个反激变换器的匝比为NP:NS=6:1,输出电压为12V,那么可以求出反射电压VF=12/(1/6)=72V。
上边是一个连续模式(CCM模式)的理想工作波形。
下面咱在看一个非连续模式(DCM模式)的理想工作波形
从图上可以看出DCM的Vds也是由VIN和VF组成,只不过有一段时间VF为0,这段时候是初级电流降为0,次级电流也降为0。
那么到底反激变化器怎么区分是工作在连续模式(CCM)还是非连续模式(DCM)?
是看初级电感电流是否降到0为分界点吗,NO,反激变换器的CCM和DCM分界点不是按照初级电感电流是否到0来分界的,而是根据初次级的电流是否到0来分界的。
如图所示
从图上可以看出只要初级电流和次级电流不同时为零,就是连续模式(CCM);
只要初级电流和次级电流同时为零,便是不连续模式(DCM);
介于这俩之间的是过度模式,也叫临界模式(CRM)。
以上说的都是理想情况,但实际应用中变压器是存在漏感的(漏感的能量是不会耦合到次级的),MOS管也不是理想的开关,还有PCB板的布局及走线带来的杂散电感,使得MOS的Vds波形往往大于VIN+VF。类似于下图
这个图是一个48V入的反激电源。 |