解析反激電源以及變壓器設計
t0時刻,Q1開通,那么D1承受反向電壓截止,電感電流在輸入電壓作用下從0開始線性上升。
t1時刻,Q1關斷,由于電感電流不能突變,所以,電感電流通過D1,向C1充電。并在C1兩端電壓作用下,電流下降。
t2時刻,電感電流和二極管電流降到零。D1截止,MOS的結電容和電感開始發(fā)生諧振。所以可以看見MOS的Vds電壓出現(xiàn)周期性的振蕩。
t3時刻,Q1再次開通,進入一個新的周期。
在這個工作模式中,因為電感電流會到零,所以是電流不連續(xù)的DCM模式。有叫做能量完全轉移模式,因為電感中儲存的能量完全轉移到了輸出端。而二極管因為也工作在DCM狀態(tài),所以沒有反向恢復的問題。 但是我們應該注意到,DCM模式的二極管、電感和MOS漏極的峰值電流是大于上面的CCM模式的。
需要注意的是在DCM下的伏秒積的平衡是:
Vin×(t1-t0)=Vout(t2-t1)
只是個波形的正反問題。就好象示波器的探頭和夾子如果反過來,那么波形就倒過來。
你注意看圖的右邊,看波形具體的定義是什么。有的波形是兩個點相減出來的。
看波形圖也要配合這原理圖來看的。
當MOS開通的時候,二極管D1承受著反壓,是一個負的電壓。MOS關斷的時候,二極管導通,正向壓降很低二極管的反向恢復,和其工作時PN結的載流子的運動有關系。DCM時,因為二極管已經沒有電流流過了,內部載流子已經完成了復合過程。所以不存在反向回復問題。會有一點點反向電流,不過那是結電容造成的。
在CCM和DCM模式有個過渡的狀態(tài),叫CRM,就是臨界模式。這個模式就是電感電流剛好降到零的時候,MOS開通。這個方式就是DCM向CCM過渡的臨界模式。CCM在輕載的時候,會進入DCM模式的。CRM模式可以避免二極管的反向恢復問題。同時也能避免深度DCM時,電流峰值很大的缺點。要保持電路一直工作在CRM模式,需要用變頻的控制方式。
我還注意到,在DCM模式,電感電流降到零以后,電感會和MOS的結電容諧振,給MOS結電容放電。那么,是不是可以有種工作方式是當MOS結電容放電到最低點的時候,MOS開通進入下一個周期,這樣就可以降低MOS開通的損耗了。答案是肯定的。這種方式就叫做準諧振,QR方式。也是需要變頻控制的。不管是PWM模式,CRM模式,QR模式,現(xiàn)在都有豐富的控制IC可以提供用來設計。
2、那么我們常說,反激flyback電路是從buck-boost電路演變而來,究竟是如何從buck-boost拓撲演變出反激flyback拓撲的呢?請看下面的圖:
這是基本的buck-boost拓撲結構。下面我們把MOS管和二極管的位置改變一下,都挪到下面來。變成如下的電路結構。這個電路和上面的電路是完全等效的。
接下來,我們把這個電路,從A、B兩點斷開,然后在斷開的地方接入一個變壓器,得到下圖:
為什么變壓器要接在這個地方?因為buck-boost電路中,電感上承受的雙向伏秒積是相等的,不會導致變壓器累積偏磁。我們注意到,變壓器的初級和基本拓撲中的電感是并聯(lián)關系,那么可以將變壓器的勵磁電感和這個電感合二為一。另外,把變壓器次級輸出調整一下,以適應閱讀習慣。得到下圖:
這就是最典型的隔離flyback電路了。由于變壓器的工作過程是先儲存能量后釋放,而不是僅僅擔負傳遞能量的角色。故而這個變壓器的本質是個耦合電感。采用這個耦合電感來傳遞能量,不僅可以實現(xiàn)輸入與輸出的隔離,同時也實現(xiàn)了電壓的變換,而不是僅僅靠占空比來調節(jié)電壓。
由于此耦合電感并非理想器件,所以存在漏感,而實際線路中也會存在雜散電感。當MOS關斷時,漏感和雜散電感中的能量會在MOS的漏極產生很高的電壓尖峰,從而會導致器件的損壞。故而,我們必須對漏感能量進行處理,最常見的就是增加一個RCD吸收電路。用C來暫存漏感能量,用R來耗散之。
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