读对反激设计文章,技术难点轻松搞定
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2022年08月24日 13:47

关于反激设计话题,很多电源工程师工作中会遇到不同的问题。其实找到问题的根源,才能对症下药。下面给大家分享几篇不错的文章,供大家学习~

突破---反激效率>94% GAN加持(作者:1号作者)

一、传统反激式开关电源开有很多固有缺陷,如:

  1. 开关管工作在硬开关状态,上升沿开关损耗大

  2. 变压器漏感无法完全避免,只能通过RCD吸收,白白损失功率

  3. 频率无法做高,因为频率越高,开关损耗越大,RDC造成的损耗占比就越大

  4. 体积大,无法满足新兴市场,如手机大功率快充充电器、超薄电视机、超薄电脑充电器

由于以上几点,导致反激拓扑应用场景大大受限。

二、针对以上问题,本文分享一种软开关反激式开关电源,简化图如下,优点:

  1. 主开关管工作在软开关状态,即,MOS打开之前DS两端电压为零,降低开关损耗

  2. 重新设计RDC吸收电路,在退磁时回收漏感能量并重新传递给次级,降低损耗

  3. 因为主开关管工作在软开关状态,可以将频率设置得很高,如500KHz,大大减小电源体体积

  4. 次级整流器工作在ZCS模式

  5. 内置升压供电电路,在输出宽电压范围内(如3.3-20V),保证芯片稳定工作,且省去了LDO降压损耗

  6. 满载效率大于94%

本控制器是一种过渡模式有源钳位反激控制器,配有先进的控制方案,能够显着减小无源组件的尺寸,从而实现更高的功率密度和更高的平均效率。能驱动高达1 MHz的高频AC / DC转换器。

ACF控制器旨在针对低侧主开关自适应地实现目标全ZVS或部分ZVS条件,并在较宽的工作条件下将循环能量降至最低。 由于上管导通时间逐周期校正,因此自动调谐消除了因组件公差,输入/输出电压变化和温度变化而导致丢失ZVS的风险。

三、市场方案举例:

下面这个就是RAVPOWER的45W超薄充电器

(我不是在打广告,只是我平时在用这款,出差携带非常方便,支持目前市场上大部分手机电脑充电协议)

下面是充电器上的丝印,

输出电压分档:5V、9V、12V、15V、20V……

氮化镓更适合有源钳位反激变换器(作者:electronicLee)

从智能手机到平板电脑,每一代都比上一代更小、更强大。它通常由电池供电,并且必须通过外部充电器或适配器定期充电。向更强大的处理器和更大屏幕的转变对电源设计师提出了挑战,他们必须不断想出新的方法来提高效率和减小电池充电器的尺寸。DoE Level VI 和 EU CoC V5 Tier-2 等严格的新标准提高了对各种电源适配器的效率要求。

因此,设计人员必须改进不连续模式准谐振反激拓扑的设计。这种转换器传统上用于实现功率高达 100 W 的低成本 AC-DC 电源适配器。

反激式转换器使用的组件相对较少,设计简单,并且可以容纳多个输出。使用硅功率MOSFET,如果采用同步整流,其效率可以高达90%,并且开关频率保持在100 kHz以下以降低开关损耗。

图 1显示了反激设计的基本结构

1. 反激式拓扑结构简单且成本低,但开关晶体管上的高电压应力限制了其在低功率 (<100 W) 应用中的使用。(来源:TI 培训:“了解反激式转换器的基础知识”)

变压器充当耦合电感器而不是真正的变压器。当电源开关打开时,反激式转换器将能量存储在初级侧电感器中。在关断期间,能量转移到次级并从那里转移到输出。电流在初级或次级绕组中流动,但不能同时在两者中流动。

最简单的工作模式是不连续模式 (DCM)。功率级设计为允许变压器在每个开关周期内完全退磁。最基本的 DCM 控制方案以固定频率切换并调制峰值电流以支持负载变化……

反激变换器的设计连载-RCD吸收电路设计(作者:杜佐兵)

基本的反激变换器原理图如下所示,在需要对输入输出进行电气隔离的低功率<75W~的开关电源应用场合,反激变换器(Flyback Converter)是最常用的一种拓扑结构(Topology)。简单、可靠、低成本、易于实现是反激变换器突出的优点。接下来我将电源的关键部分的设计进行说明!

RCD吸收电路的计算结果如下:(上文已完成变压器关键设计)

反激变换器在MOS 关断的瞬间,由变压器漏感LLK 与MOS 管的输出电容造成的谐振尖峰加在MOS 管的漏极,如果不加以限制,MOS 管的寿命将会大打折扣。因此需要采取措施,把这个尖峰吸收掉。

因此反激的RCD吸收电路设计对FLY的EMI及MOS的应力都有比较大的影响。对于<75w的FLY设计;为了保证其参数的最佳化设计……

关于反激电源的设计(作者:tt_engineer)

反激变换器是由Buck-Boost变换器推演而来的,其原理框图如下图,由于反激变换器可以借用变压器实现原副边的隔离,安全性较好,被广泛应用于汽车电控、无线充电和嵌入式设计方面,其可以实现输出电压的升高和降低,同时由于原副边的隔离,经常被用为驱动功率器件工作所需要的工作电源。反激变换器的缺点是输出中有比较大的纹波电压,也因此反激电源一般只应用在200W以下,且负载调整率要求不高的场合。反激变换器同样有CCM和DCM两种工作方式。下面以实际应用下的一款多输出反激变换器为例说明反激变换器的设计步骤,计算文档附加文末,欢迎交流和学习。

一、技术参数

输入电压范围:9V – 32V

主反馈输出电压1:Vout1 = 5V Iout1 = 0.8A

输出电压2:Vout2 = 12V Iout2 = 0.1A

输出电压3:Vout3 = 15V Iout3 = 0.06A

开关频率: fs = 256kHz

开关电源效率: η = 80%

二极管压降: Vf = 0.8V

二、工作模式

反激电源的工作模式有连续模式(CCM)、断续模式(DCM)以及临界模式(BCM)三种工作模式。在断续模式(DCM)下,尽管其峰值电流相对连续工作模式而言较大,但是由于副边二极管电流在开关管关断时电流已经降为0A,所以不存在反向恢复的问题,对产品的EMC有帮助,因此选择断续模式。

三、变压器设计

反激电源的变压器是反激式开关电源的核心。反激变压器的参数决定了反激变换器的一系列重要参数(占空比D、最大峰值电流等)。通过设计反激变压器可以使反激式开关电源工作在希望的工作点上。相同条件下,参数设计较好的变压器可以最大程度地改善反激电源的工作效率,减小损耗,提高电源精度。变压器磁芯的选择不仅需要根据理论计算选择合适的磁芯还要根据具体调试过程中出现的各种问题及时修正变压器的参数……

以反激电源为例,说明几种反馈电路的设计(作者:慢悠悠23331)

本文以TOPSwitch-GX反激电源的基本结构为例,重点说明几种反馈电路的特点,以及设计计算。分析比较了各自的特点,以便于电源工程师在设计开关电源时根据不同的技术要求,用途及成本选取相应的反馈形式。

反激式开关电源以其电路简单,成本低廉越来越受到人们的关注。本文对开关电源的几种反馈电路进行分析比较,目的是让电源工程师对开关电源的设计方案有个了解和选择。需要说明的是开关电源的稳定性,动态响应,反馈环路形式的选择,环路参数的设计计算对一个开关电源的成功很重要。

下面分别介绍四种不同的反馈电路及其计算说明~

初级基本反馈电路

如图1所示图中TOPSwitch-GX的控制端C其作用及特点:它为误差放大器及反馈电流的输入脚,用于占空比控制。与内部并联调整期相连接,提供正常工作时的内部偏置电流。也可用于电源旁路和自动重启动及补偿电容的连接点。它用一个非隔离的初级绕组作为反馈电压,优点是电路简单,成本低,缺点是电源调整率低。

图1 初级基本反馈电路

初级增强反馈电路

如图2所示:特点是,在图1的基础上增加了两个元件,一个是稳二极管1N5251D,一个是100nF 50V的电容。这样增加了反馈强度,提高了电源的调整率……

反激输出电容快速估算法(作者:电源网boy59)

输出电容不同于AC/DC应用中的母线电容,其与电路拓扑、工作状态、ESR电阻及开关频率等都有关,在这错综复杂的关系中也存在着共性,下面就准备逐一展开分析并试图找出反激电路输出电容的估算方法。

首先假设ESR电阻为零的情况

图1-1 反激电路

按图1-1中的参数可以得到如下的波形曲线:

图1-2 深连续模式下的电流及纹波波形

图1-2中的电压纹波可以通过对输出二极管的电流积分获得,但工程应用中并不需要知道精确的波形轨迹只需求出峰值纹波即可,峰值纹波满足公式△V=q/Co所以求出电荷量q就能估算出纹波大小而不用积分运算。

图1-2中黄色区域q为充电电荷棕色区域q为放电电荷,稳态时二者面积相同所以无论采用哪一边的q进行计算都可以,这里显然采用右边棕色区域计算更为简单电量q=Io*Don*T这样就得到了输出纹波电压的第一种状态表达式:

△V=q/Co=Io*Don/(Co*f)

当把输入电压调至70V又会获得如下波形曲线:

图1-3 浅连续模式的电流及纹波波形

图1-3依然满足公式△V=q/Co,此时左侧黄色区域似乎更容易求解。对黄色面积求解可以有多种表达形式这里引入电流纹波率r=△I/Iavg=2*(Ipk1-Ipk2)/(Ipk1+Ipk2),这样就得到了输出纹波电压的第二种状态……

DIY反激小体积5W多路电源过程分享(作者:雅兄)

设计目标:

电源电压:85-265V/50~60Hz输出电压:5V+12V/500mA(两路共地,5V主要用于单片机等器件,12V主要用于继电器及运算放大器供电),5V/100mA(单独一个地,通信或负电压用)

体积:

尽量小,模块化,立式安装,这样可以减小体积

下图就是我心心念的应用(补发图,用于大家感性认识):

原理图新鲜出炉,各位看官请提宝贵意见。本人是第一次设计开关电源,会有许多不足。使用VIPer22A也是因为这,为了保证成功率,先使用国外的片子。等熟练了再换国内的。

以下为VIPer22A主要特性:

  1. 低功耗离线开关电源初级转换开关

  2. 自动热关断

  3. 高压启动电流源输入

  4. 交流电压范围85-265Vac

  5. 固定60KHz开关频率

  6. 电流控制模式

  7. 辅助的欠压闭锁滞后功能

  8. 过温保护,过流和过压保护自动重启

  9. 工作温度:-40°C to 150°C

变压器使用EFD15,体积还是比较小的,下图展示了管脚1的定义。为什么选用4+5呢?因为我认为这样的引脚排列不容易装反。嗯,对!生产不容易出错。

绕线定义:

多路电源的交叉调整率怎麽样呢?大家请看下图……

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