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為何直流開(kāi)關(guān)電源“正激”比“反激”可以做更大的功率?

我們做過(guò)正激也做過(guò)反激的直流開(kāi)關(guān)電源工程師都知道,一般在100W以?xún)任覀兞晳T用反激拓撲來(lái)做,超過(guò)100W的用正激比較合適。

為何?

我來(lái)說(shuō)說(shuō)我的觀(guān)點(diǎn),首先只要懂得設計變壓器的工程師

在計算反激直流開(kāi)關(guān)電源時(shí),反激功率做得越大,原邊電感量肯定是越小的,這跟拓撲的特性有關(guān),我們先來(lái)分析一下反激的工作過(guò)程

為何直流開(kāi)關(guān)電源“正激”比“反激”可以做更大的功率?

上圖為反激的基本拓撲,當MOS開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí),變壓器原邊繞組上正,下方,此時(shí)變壓器副邊繞組上負下正,整流二極管VD截止,在MOS開(kāi)通的時(shí)段,變壓器的勵磁能量由于沒(méi)有通路釋放從而全部存儲在變壓器中。當MOS開(kāi)關(guān)管關(guān)閉之后,變壓器原邊繞組電位變成下正上負,根據同名端,此時(shí)副邊繞組的電位為上正下負,整流二極管VD導通,變壓器釋放能量,磁芯復位。

就是這樣周而復始,使輸出穩壓。

由于這種不斷存儲又釋放存儲又釋放的工作模式?jīng)Q定變壓器的是很容易飽和的,為了控制變壓器不飽和,通常的做法就是加氣隙。

為了方便,我們用反激DCM的公式,簡(jiǎn)單說(shuō)明一下

為何直流開(kāi)關(guān)電源“正激”比“反激”可以做更大的功率?

Lp:原邊感量,Ip:原邊電流,Vin最低輸入電壓,D:占空比,P輸入功率,f開(kāi)關(guān)頻率

我們通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的公式就可以看出,反激直流開(kāi)關(guān)電源的原邊電感量是受到了限制的。

為何直流開(kāi)關(guān)電源“正激”比“反激”可以做更大的功率?

我們再通過(guò)上面的公式,可知感量和Lp和峰值電流定了之后,要使磁芯不飽和,我們只能通過(guò)增大Np匝數來(lái)降低磁通密度,Np增大了,Lp是定了磁芯必然要加氣隙。有計算經(jīng)驗的人都知道,反激變壓器尤其是功率打了變壓器感量都是比較小的。

下面我們來(lái)看看正激

為何直流開(kāi)關(guān)電源“正激”比“反激”可以做更大的功率?

上圖為正激直流開(kāi)關(guān)電源的基本拓撲,開(kāi)關(guān)MOS管開(kāi)通時(shí),原邊繞組NP1為上正下負,根據同名端判定此時(shí)副邊繞組NS也為上正下負,輸出整流二極管VD1是導通的,原邊導通的同時(shí)副邊也導通,能量每個(gè)周期都能夠得到即時(shí)釋放。變壓器不存在存儲階段,雖然原邊也有比較大的電流,但這電流大部分都是由副邊折射過(guò)來(lái)的,初級和次級是同時(shí)有電流的,而且產(chǎn)生的磁感應強度相等,方向相反,當負載變重,初級電流也相應加大,抵消了磁芯磁場(chǎng)的變化,所以正激不用考慮正激的電感量的大小,繞多大就是多大。

當然別忘記還有一部分勵磁電流,但由于電感量很大勵磁電流是很小的,開(kāi)關(guān)MOS開(kāi)通時(shí),(不考慮功率部分,只考慮勵磁電流)變壓器原邊電感上陣下負,勵磁電流線(xiàn)性上升,等到開(kāi)關(guān)MOS關(guān)閉時(shí),NP1繞組下正上負,此時(shí)通過(guò)同名端可知,NP2上正下負D1導通,原邊電感存儲的勵磁能量通過(guò)NP2和D1釋放出去,返回到輸入大電容上,磁芯復位。當然變壓器也存在漏感,這部分漏感就生了正激的尖峰電壓。

通過(guò)上面的對比,我們可知,同樣一個(gè)功率變壓器,可得到如下結論。

1、反激變壓器的電感量很小,而正激變壓器的電感量很大。

2、反激變壓器通過(guò)副邊輸出繞組復位,正激變壓器有專(zhuān)門(mén)的復位繞組復位。

3、反激變壓器需要復位的勵磁能量但同時(shí)也是整個(gè)功率部分的能量,正激變壓器復位的也是勵磁部分的能量,但這個(gè)勵磁能量不包含功率部分的能量(暫且有能量這個(gè)詞,能明白就好)。

我們通過(guò)上面幾個(gè)結論急需來(lái)分析一下

首先說(shuō)反激,電感量跟正激比很小的。我們都只到變壓存在的漏感與很多因素有關(guān),由于感量小,變壓器只要有一點(diǎn)漏感,這個(gè)漏感在整個(gè)原邊電感的占比是比較大的,而電感的能量1/2*Lp*Ip^2在電感和漏感中的比例是按照感量大小的比例來(lái)分配的,一旦漏感比例大了,漏感中存儲的能量是不能轉化到副邊,大部分是通過(guò)其他通路來(lái)消耗(轉換成損耗)的,可想而知,功率越大,感量越小,漏感比例越容易變大,造成的損耗也將越來(lái)越大,不但損耗超大而且這個(gè)漏感造成的尖峰將隨功率的增大而越來(lái)越大,非常難處理,或者說(shuō)到了一定的功率量,根本無(wú)法處理。

我們再看正激,電感量跟反激比是很大的。由于感量大,變壓器就算有一定的漏感,但這個(gè)漏感在整個(gè)變壓器中所占的比例也是比較小的。漏感占比很小,浪費的能量肯定比較小,所產(chǎn)生的尖峰也很好處理。

通過(guò)上面的簡(jiǎn)單描述,我相信大家也明白為何反激直流開(kāi)關(guān)電源的功率就是做不大?并且還可以印證我們平時(shí)測量反激時(shí)DS尖峰是比較高的,而正激DS尖峰是非常小的。

圖片加載中...

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