反激式(RCD)開關(guān)電源原理及設(shè)計(jì)
因該電源是公司產(chǎn)品的一個(gè)配套使用,且各項(xiàng)指標(biāo)都不是要求太高,故選用最常用的反激拓?fù)?,這樣既可以減小體積(給的體積不算大),還能降低成本,一舉雙的!
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/174811.htm反激拓?fù)涞那吧硎荁uck-Boost變換器,只不過就是在Buck-Boost變換器的開關(guān)管和續(xù)流二極管之間放入一個(gè)變壓器,從而實(shí)現(xiàn)輸入與輸出電氣隔離的一種方式,因此,反激變換器也就是帶隔離的Buck-Boost變換器。
先學(xué)習(xí)下Buck-Boost變換器
工作原理簡(jiǎn)單介紹下
1.在管子打開的時(shí)候,二極管D1反向偏置關(guān)斷,電流Is流過電感L,電感電流IL線性上升,儲(chǔ)存能量!
2.當(dāng)管子關(guān)斷時(shí),電感電流不能突變,電感兩端電壓反向?yàn)樯县?fù)下正,二極管D1正向偏置開通!給電容C充電及負(fù)載提供能量!
3.接著開始下個(gè)周期!
從上面工作可以看出,Buck-Boost變換器是先儲(chǔ)能再釋放能量,VS不直接向輸出提供能量,而是管子打開時(shí),把能量?jī)?chǔ)存在電感,管子關(guān)斷時(shí),電感向輸出提供能量!
根據(jù)電流的流向,可以看出上邊輸出電壓為負(fù)輸出!
根據(jù)伏秒法則
Vin*Ton=Vout*Toff
Ton=T*D
Toff=T*(1-D)
代入上式得
Vin*D=Vout*(1-D)
得到輸出電壓和占空比的關(guān)系Vout=Vin*D/(1-D)
看下主要工作波形
從波形圖上可以看出,晶體管和二極管D1承受的電壓應(yīng)力都為Vs+Vo(也就是Vin+Vout);
再看最后一個(gè)圖,電感電流始終沒有降到0,所以這種工作模式為電流連續(xù)模式(Ccm模式)。
如果再此狀態(tài)下把電感的電感量減小,減到一定條件下,會(huì)出現(xiàn)這個(gè)波形!
從上圖可以看出,電感電流始終降到0后再到最大,所以這種模式叫不連續(xù)模式(DCM模式)。
把上邊的Buck-Boost變換器的開關(guān)管和續(xù)流管之間加上一個(gè)變壓器就會(huì)變成反激變換器!
還是和上邊一樣,先把原理大概講下:
1. 開關(guān)開通,變壓器初級(jí)電感電流在輸入電壓的作用下線性上升,儲(chǔ)存能量。變壓器初級(jí)感應(yīng)電壓到次級(jí),次級(jí)二極管D反向偏置關(guān)斷。
2. 開關(guān)關(guān)斷,初級(jí)電流被關(guān)斷,由于電感電流不能突變,電感電壓反向(為上負(fù)下正),變壓器初級(jí)感應(yīng)到次級(jí),次級(jí)二極管正向偏置導(dǎo)通,給C充電和向負(fù)載提供能量!
3. 開始下個(gè)周期。以上假設(shè)C的容量足夠大,在二極管關(guān)斷期間(開關(guān)開通期間)給負(fù)載提供能量!
咱先看下在理想情況下的VDS波形
上面說的是指變壓器和開關(guān)都是理想工作狀態(tài)!
從圖上可以看出Vds是由VIN和VF組成,VIN大家可以理解是輸入電壓,那VF呢?
這里我們引出一個(gè)反激的重要參數(shù):反射電壓即VF,指次級(jí)輸出電壓按照初次級(jí)的砸比反射到初級(jí)的電壓??梢杂霉奖硎緸閂F=VOUT/(NS/NP),(因分析的是理想情況,這里我們忽略了整流管的管壓降,實(shí)際是要考慮進(jìn)去的)
式中VF為反射電壓;
VOUT為輸出電壓;
NS為次級(jí)匝數(shù);
NP為初級(jí)匝數(shù)。
比如,一個(gè)反激變換器的匝比為NP:NS=6:1,輸出電壓為12V,那么可以求出反射電壓VF=12/(1/6)=72V。
上邊是一個(gè)連續(xù)模式(CCM模式)的理想工作波形。
下面咱在看一個(gè)非連續(xù)模式(DCM模式)的理想工作波形
從圖上可以看出DCM的Vds也是由VIN和VF組成,只不過有一段時(shí)間VF為0,這段時(shí)候是初級(jí)電流降為0,次級(jí)電流也降為0。
那么到底反激變化器怎么區(qū)分是工作在連續(xù)模式(CCM)還是非連續(xù)模式(DCM)?
是看初級(jí)電感電流是否降到0為分界點(diǎn)嗎,NO,反激變換器的CCM和DCM分界點(diǎn)不是按照初級(jí)電感電流是否到0來分界的,而是根據(jù)初次級(jí)的電流是否到0來分界的。
如圖所示
從圖上可以看出只要初級(jí)電流和次級(jí)電流不同時(shí)為零,就是連續(xù)模式(CCM);
只要初級(jí)電流和次級(jí)電流同時(shí)為零,便是不連續(xù)模式(DCM);
介于這倆之間的是過度模式,也叫臨界模式(CRM)。
以上說的都是理想情況,但實(shí)際應(yīng)用中變壓器是存在漏感的(漏感的能量是不會(huì)耦合到次級(jí)的),MOS管也不是理想的開關(guān),還有PCB板的布局及走線帶來的雜散電感,使得MOS的Vds波形往往大于VIN+VF。類似于下圖
這個(gè)圖是一個(gè)48V入的反激電源。
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