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一、控制器与稳压器

假设开关损耗、导通损耗、驱动损耗的变化远小于输出功率的变化(可忽略),则占空比越大,Po越大,效率越高。

二、同步与非同步

同步是采用通态电阻极低的MOSFET来取代整流二极管,以降低整流损耗的一项新技术。
同步与非同步的优缺点:

非同步

同步

缺点

Io变化而Vf-d几乎不变,锗管0.2~0.3V,硅管0.5~0.7V,大电流时效率低

需要额外的控制电路(驱动、死区、保护),成本高

优点

电路结构简单,不需要额外控制,便宜,可靠性更高

MOSFET的导通压降I*Rds-on较小,效率较高

适用

较高的输出电压时,Vf-d/Vo很小,效率高

较低输出电压,大电流,要求高效率的场合

三、隔离式与非隔离式

非隔离式

隔离式

优点

结构简单、体积小、成本较低

符合电气安全规范;

保护人员、设备免遭感应在初级的危险瞬态电压的损害;

去除隔离电路之间的接地环路以改善抗噪声能力;

缺点

不隔离,市电供电时会触电;

防雷击能力差;

输出电压不能与输入电压相等;

结构复杂、体积大、成本高;

主要拓扑

Buck、Boost、Buck-Boost

反激、正激、推挽、半桥、全桥

四、正激变换器

单端正激变换器是由Buck变换器派生而来的:辅助电感Nr,是一个磁复位的电感。

五、反激变换器

5.1、反激变换器拓扑

反激变换器是由Buck-Boost变换器推演而来的:反激变换器的变压器既是电感又是变压器。

5.2、反激变换器的特性

优点:

  1. 采用一个耦合电感器来充当隔离变压器并用于储能;
  2. 输入和输出地是隔离的;
  3. 利用占空比和匝数比来实现电压的降低或提升;
  4. 易于实现多个输出;
  5. 不需要采用一个单独的输出电感器;
  6. 最适合较低的功率级别;
  7. 采用最简单的隔离式拓扑(4个功率组件),成本低;

缺点:

  1. 高输出纹波电流(输出电流不连续);
  2. 高输入纹波电流(输入电流不连续);
  3. 环路带宽可能受限于右半平面(RHP)零点;

5.3、反激变换器的重要波形

        当MOS管导通,电感的电流线性上升,可以看出它的电流的波形和 BUCK-BOOST 的波形是

相似的,区别就是在一个原副边的匝比上面而已,这里也可以看出其变压器就是一个电感的作用。

5.4、反激变换器的稳态分析

                                            D=Vo'/(Vo'+Vin/n),Vo'=Vo+Vf   ***************** ①

       由公式①可以得出,输入电压越高,占空比越小。占空比最大,出现在输入电压最低时,若占空比不能大于50%,则匝比n不能大于公式①的限制;同时,匝比太高,会导致反射电压 Vor 太高,MOSFET的应力过大。

5.5、反激变换器的设计实例

设计占空比、匝比、电感量,处理好电压和电流应力。

设计反激变压器的基本要求:

  1. 考虑集肤效应,大输出电流采用多股细导线;
  2. 为使在较宽的负载范围均保持连续导通,需要高电感;
  3. 使用了高电感,初级和次级电路中的纹波电流都将较低;
  4. 占空比和开关频率一般都是预先确定的;

设计实例: 

  1. 求解Vor和Vz:Vin-max+Vz=0.8*Vds,Vor=Vz/1.4
  2. 求解匝比:n=Vor / Vo+Vd
  3. 求解占空比:Io=Po/Vo,Ior=Io/n,Pin=Po/效率0.7,Iin-max=Pin/Vin-min,
  4.                       Iin-max/D=Ior/1-D*******
  5. 求解峰值电流:Ipk=(1+r/2)*Io/1-D/n    r=0.5
  6. 求解电感量:V=LdI/dt   V=Vin-min   dI=Ipk/1.25*0.5   dt=D/fsw
  7. 根据窗口面积选择磁芯、设定次级主绕组圈数,例如1V/1匝,根据匝比,可得初级匝数,计算出气隙,若气隙太大,则减小次级匝数。

http://www.hkea.cn/news/896542/

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