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反激电源中的实用技术探讨

发布时间:2020-07-21 19:04:09 阅读: 来源:砂浆泵厂家

在前面的反激电源的设计中,我们阐述了反激电源的基本拓扑BUCK-BOOST电路的工作原理,并推导了BUCK-BOOST向FLYBACK拓扑的演变过程。然后我们学习了反激电源的一些关键参数的设计与计算。并将设计过程总结成了一个EXCEL电子表格。现在把这个电子表格提供给大家,供大家下载后验证设计,同时体提供一个小工具用于计算波形的RMS值。在这篇文章里,我们将把反激的设计深化、延伸。在以后的一段时间里,我将在这里和大家一起探讨反激电源中的一些实用技术,比如:CRM/BCM的反激设计、QR模式的反激设计、LCD吸收替代RCD吸收、反激单级PFC等等。同时,欢迎大家积极参与讨论,发表自己的观点。

首先,我们看看常用的CRM/BCM和QR模式下的反激电源的控制IC主要有哪几种,我先说几个,后面请大家积极补充:

CRM/BCM:L6561,L6562,MC34262,SA7527

QR:NCP1337

首先来看CRM/BCM的工作情况。

我们都知道,CRM/BCM的反激电源是工作在变频控制,那么工作的频率究竟是怎么变化的呢?请看:

T为工作周期,VIN是输入电压,L是初级电感量,IP是初级峰值电流PIN是输入功率,VF是反射电压,fs是开关频率。

从上面的关系式,我们可以看出,对于恒定电压、恒定功率输出的电源来说,如果忽略了效率,那么工作周期随着输入电压的升高,而减小,那么就是输入电压增高,工作频率增加。如果考虑效率的话,一般来说,高压输入的时候,效率会高一些,那么频率也是随着输入电压增加而增加的。

对于某些电源的应用场合而言,比如充电器,它的输出电压是变化的。那么当工作与恒流状态的时候,输出电压并没有达到正常值,就是说VF比较低,那么假如功率不变,输入电压不变,VF低的话,其实工作频率是会变低的。

因为不同的频率下,IP是不同的,那么变压器的工作磁通量也是不同的。不确定的参数会让设计失去控制。所以,我们设计一个CRM/BCM电源的时候,首先要确定工作频率的变化区间,并判断是否符合我们的要求。

那么,对于CRM/BCM的反激电源的设计是顺序是:

根据输入电压范围,MOS的耐压值等参数,确定在最低输入电压时的占空比,反射电压VF、RCD箝位电压VC。

然后,设定最低工作频率,根据输出功率,效率,计算出初级电感量。

这样,就可以根据上面的公式,求出在不同负载状态下,不同输入电压下,开关管的工作频率了。

注意,这个算法,只适合交流整流后带大电解滤波的FLYBACK电路,并不适用于单级的反激PFC的设计。

对于单级PFC类型的CRM/BCM工作模式,在每个半正弦周期内的不同位置,频率都是变化的。因为要满足输入电流随着输入电压波形变化而变化。下面我们来分析一下这类工作模式的情况和特点,以及如何计算。

首先还是先计算一下工作周期

我们知道,对于CRM/BCM模式的反激式PFC电路来说,是峰值电流型的控制,而峰值电流的参考值是由电压反馈和乘法器内部合成的,由于这个峰值电流的参考值和输入的交流信号是同相位的,而PFC的电压环的响应又是要求很慢的,那么每个开关周期的峰值电流就是和输入交流的瞬时值成固定比例的。故而在每个半正弦波的周期中,TON是不变的。

VF是反射电压。

由这个公式可以知道,当输入输出条件不变的时候。在半个正弦周期内,频率的最低点在正弦波的峰值处。

而当输出不变的时候,输入电压升高时,从T的表达式可以看出来,T会缩短,那么工作频率会升高。

这就是说,对于CRM/BCM的反激PFC电路来说,工作的最低频率是在最低输入电压的半正弦波的最高处。

在这里,我们需要定义一个参数:

KV=VINPK/VF

由于CRM/BCM的反激式PFC与CRM/BCM式BOOST型PFC是不一样的。具体区别就在于,MOS关断期间,CRM/BCM式的BOOST型PFC的输入电流不会断,只不过电感电流逐渐降到零,然后开启下一个周期。这个过程中,输入依然向后继馈能。但反激式就不一样了。MOS关断时,初级电流也就关断了。初级不向输出馈能。输出能量是变压器储能的释放。如果KV值越小,说明反射电压VF越高,那么工作占空比大,输入电流畸变小,输入端的电流滤波后的平滑电流波形就越接近正弦波。

所以呢,在可能的情况下,比如,MOS的耐压够高,我们把VF取高一些将有助于提高PF值,降低THD。

有了上面关于开关周期的计算,有了VF的设计考虑,该是把输入功率PIN和输入电压、电流等参数建立关联的时候了。

我们知道,VINPK是由输入电压知道的。KV是根据MOS的耐压和占空比可以知道的。最大占空比是在最低输入电压的峰值处的。那么根据输入功率PIN就可以计算出峰值电流IPK,然后就可以根据AP法,求出AP值,选择合适的磁芯,再计算出初级匝数等。和通常的反激计算已经没有什么大的区别了。

有了F1(x),F2(x),F3(x),三个方程,我们可以计算初级的电流有效值和次级的电流有效值等,方便选择合适的线径。具体的推导过程,可以参考ST公司的L6561的应用文档。这里就仅仅给出结果吧:

这次让我们看看采用LCD无损吸收的反激电路。先看一下带有传统的RCD的反激电路:

在这个电路中,根据EXCEL表格里的计算,我们知道。一般情况下,RCD箝位电路的耗散能量是比漏感能量还要大的。而变压器是不可能没有漏感的。于是,为了降低漏感与RCD造成的损耗,人们提出了一种LCD的无损吸收网络。见下图:

从图中可以看到,这个LCD吸收网络,同样可以有效吸收因漏感造成的电压过冲问题。同时,由于LCD网络没有电阻,不会产生功率损耗。效率会比采用RCD吸收网络的好一些。

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