初級(jí)是一個(gè)經(jīng)典的MOS RCC電路,峰值電流控制模式,其工作原理和過程不在復(fù)述.次級(jí)看起來很像一個(gè)倍壓整流電路,也可以這樣認(rèn)為,變壓器的正激電壓和反激電壓累加起來合成了輸出電壓.開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),變壓器的漏感充當(dāng)了正激變換器的電感,但漏感一般都會(huì)比較小,這時(shí),流過C4的電流和一般正激不一樣,不是一個(gè)鋸齒波,而是漏感和C4諧振的正弦波的一部分,這個(gè)地方的最佳工作狀態(tài)是滿載時(shí)開關(guān)管的導(dǎo)通脈寬內(nèi),正激電流剛好諧振半個(gè)周期,正激電流變?yōu)?,和同狀態(tài)的反激電源相比,開關(guān)管關(guān)斷時(shí)電流峰值降低了不少,最大可以達(dá)到一半.開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),變壓器也在儲(chǔ)通,和普通的RCC電源一樣,反激電流和普通的反激電源一樣是一個(gè)鋸齒波,實(shí)際上流過變壓器初級(jí)和開關(guān)管上的電流是正激電流和反激電流的和.
開關(guān)管關(guān)斷時(shí),變壓器的儲(chǔ)能疊加上C4上的正激電壓,通過D5輸出.由于變壓器的漏感一般很小,C4會(huì)比較大,C4上的電壓變化很小,變壓器的次級(jí)電流可以認(rèn)為是線性減至0的,計(jì)算時(shí)可以按RCC反激電源一樣處理.
下面有三張波形圖是在輸出為59V1.8A輸入電壓約為190VAC時(shí)實(shí)測的波形,1通道是電流采樣電阻R11(0.24歐)上的波形,2通道是A點(diǎn)的波形,兩通道都有10倍的衰減速.由A點(diǎn)可以知道開關(guān)管漏極的波形,本人沒有高壓探頭,暫時(shí)無法測量開關(guān)管漏極的波形.照片是手機(jī)拍照的,質(zhì)量較差,大伙湊合著看.
第1張是用數(shù)字模式抓到的一個(gè)比較典型的波形.
第2張是用模擬模式測到的波形
第3張是波形的包絡(luò).
由于初級(jí)電容較小,初級(jí)100Hz的紋波比較大,導(dǎo)致波形抖在+300點(diǎn)電壓比較低的時(shí)候,變壓器已經(jīng)有一點(diǎn)飽和了,在電流波形尾部有所表現(xiàn).
由于本人財(cái)力有限,電源是用一塊壞掉的3842做的充電器的基礎(chǔ)上制作的,開關(guān)管是10N60,變壓器是PQ3225自己拆下來改繞了一下,整流管D5、D8是SB5100,開關(guān)管和整流管均沒有加散熱器,整流管的腳沒有剪短,正式做的話,可能需要一片比較小的散熱片,或者是利用線路板敷銅鍍錫來散熱.
底下的大板是壞掉的充電器,充電控制部分還是好的,只用了這一部分電路,小板是半塊某RCC電源的板子,初級(jí)部分的電路都在這里.變壓器的出線頭留的比較長,沒有焊在腿上,直接焊在了板子上,開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的毛刺比較大,與此也有一定的關(guān)系.電源在滿載工作30分鐘后,開關(guān)管用手按在塑料部分上面可以忍受住,磁芯,線包,用手按住也可以忍受,整流管用手按住塑料部分只能堅(jiān)持3秒左右,環(huán)境溫度應(yīng)該是30℃以上,沒有溫度表,測不出準(zhǔn)確的溫升,除整流管以外估計(jì)是在30℃左右,兩個(gè)整流管40℃.本人財(cái)力有限,沒有功率計(jì),暫測不出輸入功率,也無法給出效率.
電路的優(yōu)點(diǎn):
1．效率高,正反激共用一個(gè)磁芯,省掉部分鐵損,次級(jí)線圈整個(gè)周期內(nèi)都有電流流過,銅損要比一般的單端電源要好一些.假設(shè)同樣輸入輸出的RCC反激電源和正反激電源,反激的初級(jí)電流為一鋸齒波,正反激的初級(jí)電流為一個(gè)鋸齒波和半個(gè)正弦波(假設(shè)工作在最佳狀態(tài)),總的有效值一樣,所以反激的電流高頻分量應(yīng)該大一些,由于高頻電流的集膚效應(yīng),正反激初級(jí)的銅損會(huì)略低一點(diǎn).開關(guān)管的開通損耗,對(duì)于工作在準(zhǔn)諧振狀態(tài)的RCC電源來說都比較小,正反激電流的鋸齒波和正弦波的疊加,使開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的電流能降低不少,有效降低了開關(guān)損耗.
2．成本低,高的效率,散熱方面可以節(jié)省比較可觀的成本,初級(jí)的控制部分要比384x及外圍電路便宜.
3．短路功耗非常低,見后面的分析.
缺點(diǎn):
1．占空比范圍有限.反激電壓和正反激電壓和的比例就是占空比D,正激電壓比例比較小,電流峰值降低的比較小,效果不太明顯,正激電壓比例過大時(shí),電流波形會(huì)出現(xiàn)零斜率或負(fù)斜率,使電流峰值控制模式失效.次級(jí)正反激電壓為串聯(lián)輸出,電流相同,因此電壓的比為功率的比,也是初級(jí)兩個(gè)電流的比.所以,初級(jí)電流為(1-D)x+DSin(x),其斜率為1-D+DCos(x)在x=π/2時(shí)取得最小值1-2D,也就是說,使用電流控制模式的話,最大占空比不能超過0.5.
2．啟動(dòng)問題.由于初始時(shí)C4上的電壓為0,會(huì)使正激電流非常高,若是電流模式,脈寬會(huì)非常小,反激能量也就非常小,電源帶載啟動(dòng)比較困難,本電源實(shí)測帶電阻負(fù)載時(shí)無法啟動(dòng).開關(guān)管會(huì)以非常低的頻率動(dòng)作,這個(gè)頻率由R2,C7和輸入電壓決定.本電源R2為1M,C7為0.1u,開關(guān)管以幾百Hz的頻率動(dòng)作,動(dòng)作的脈寬也非常窄,功耗非常低.對(duì)蓄電池充電時(shí),這個(gè)缺點(diǎn)就不是缺點(diǎn)了.
3．不太適合低電壓輸出應(yīng)用.由于輸出電流相當(dāng)于流過了2個(gè)整流管,在本例中整流管最大反壓為60V,實(shí)際選用了100V的肖特基,但整流管的損耗仍然比原3842電源的要小.原3842用了一只TO-220封裝的400V快恢復(fù)管,加了比較大的散熱器.
4．電容C4的問題.理想的狀態(tài)應(yīng)該是變壓器的漏感和C4的諧振周期的一半剛好是開關(guān)管的最大開通脈寬.但是變壓器的漏感的大小想精確控制比較困難,若諧振周期太短,將產(chǎn)生比較高的正激電流峰值,峰值過高的話,會(huì)產(chǎn)生電流負(fù)斜率,使電路無法正常工作或損壞.實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),C4應(yīng)該取的比理想值要大,這樣做,降低峰值電流的效果有所下降,但能保證變壓器漏感在一定范圍內(nèi)變化時(shí),電路仍然能正常工作.另外,C4上的交流電流比較大,實(shí)際可能會(huì)選取耐壓比工作電壓高不少的電容來減少電容的發(fā)熱量.
需要改進(jìn)的地方:
1．電壓模式.如果用電壓模式來控制這個(gè)拓?fù)涞脑?可以解決帶載開機(jī)無法啟動(dòng)的問題,但是,開機(jī)正激電流的沖擊相當(dāng)厲害,軟啟動(dòng)可以防護(hù)開機(jī)時(shí)的沖擊,但防護(hù)帶載時(shí)市電瞬間斷電時(shí)的沖擊仍然比較困難,這束縛了這個(gè)拓?fù)涞膽?yīng)用范圍.
2．低電壓應(yīng)用.正激和反激并聯(lián)輸出,可以解決低電壓應(yīng)用時(shí)整流管損耗過大的問題,但這時(shí)正激電感只用漏感,電路恐怕會(huì)無法工作.必須要加一只電感,加電感后,電源的工作模式已經(jīng)有比較大的變化了,而且和正激電源相比就沒有什么優(yōu)勢了.但是在一些成本不太敏感,便是效率要求比較高的情況下,可以考慮同步整流面使正反激拓?fù)鋺?yīng)用在低輸出電壓的電源上.
