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【原創(chuàng)】跟我學(xué)系列之四,反激電源及變壓器的設(shè)計(jì)

【原創(chuàng)】跟我學(xué)系列之一,CCM模式APFC電路設(shè)計(jì)

【原創(chuàng)】跟我學(xué)系列之二,元器件降額使用參考

【原創(chuàng)】跟我學(xué)系列之三,常用于APFC的軟開關(guān)BOOST電路的分析與仿真

 

反激,反激才是王道!

說(shuō)實(shí)話,開這個(gè)話題,我猶豫了很久。因?yàn)殛P(guān)于反激的話題論壇里討論了很多很多,這個(gè)話題已經(jīng)被討論的非常透徹了。關(guān)于反激電源的參數(shù)設(shè)計(jì)也有多篇文章總結(jié)。還有熱心的網(wǎng)友,根據(jù)計(jì)算過程,自己編寫了軟件或電子表格把計(jì)算做的傻瓜化。但我也注意到,幾乎每天都會(huì)出現(xiàn)關(guān)于反激設(shè)計(jì)過程出現(xiàn)問題而求助的帖子,所以,思量再三,我決定還是再一次提出這個(gè)話題!

我不知道我是否能寫出一些有新意的東西,但我會(huì)盡力去寫好。不期望能入高手的法眼,但愿能給入門者一些幫助。

全部回復(fù)(1436)
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2010-08-12 00:35
縱觀電源市場(chǎng),沒有哪一個(gè)拓?fù)淠芟穹醇る娐纺敲雌占埃梢姺醇る娫丛陔娫丛O(shè)計(jì)中具有不可替代的地位。說(shuō)句不算夸張的話,把反激電源設(shè)計(jì)徹底搞透了,哪怕其他的拓?fù)湟稽c(diǎn)不懂,在職場(chǎng)上找個(gè)月薪10K的工作也不是什么難事。
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2010-08-12 02:19

先列提綱

1,反激電路是由buck-boost拓?fù)溲葑兌鴣?lái),先分析一下buck-boost電路的工作過程。

 

  

工作時(shí)序說(shuō)明:

t0時(shí)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線性上升。

t1時(shí)刻,Q1關(guān)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(shí)刻,Q1開通,開始一個(gè)新的周期。

從上面的波形圖中,我們可以看到,在整個(gè)工作周期中,電感L1的電流都沒有到零。所以,這個(gè)工作模式是電流連續(xù)的CCM模式,又叫做能量不完全轉(zhuǎn)移模式。因?yàn)殡姼兄械膬?chǔ)能沒有完全釋放。

從工作過程我們也可以知道,這個(gè)拓?fù)淠芰總鬟f的方式是,在MOS管開通時(shí),向電感中儲(chǔ)存能量,MOS管關(guān)斷時(shí),電感向輸出電容釋放能量。MOS管不直接向負(fù)載傳遞能量。整個(gè)能量傳遞過程是先儲(chǔ)存再釋放的過程。整個(gè)電路的輸出能力,取決于電感的儲(chǔ)存能力。

我們還要注意到,根據(jù)電流流動(dòng)的方向,可以判斷出,在輸入輸出共地的情況下,輸出的電壓是負(fù)電壓。

MOS管開通時(shí),電感L1承受的是輸入電壓,MOS關(guān)斷時(shí),電感L1承受的是輸出電壓。那么,在穩(wěn)態(tài)時(shí),電路要保證電感不進(jìn)入飽和,必定要保證電感承受的正向和反向的伏秒積的平衡。那么:

Vin×(t1-t0)=Vout×(t2-t1),假如整個(gè)工作周期為T,占空比為D,那么就是:

Vin×D=Vout×(1-D)

那么輸出電壓和占空比的關(guān)系就是:Vout=Vin×D/(1-D)

同時(shí),我們注意看MOS管和二極管D1的電壓應(yīng)力,都是Vin+Vout

另外,因?yàn)槭荂CM模式,所以從電流波形上可以看出來(lái),二極管存在反向恢復(fù)問題。MOS開通時(shí)有電流尖峰。

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2010-08-12 02:20

2,那么我們常說(shuō),反激flyback電路是從buck-boost電路演變而來(lái),究竟是如何從buck-boost拓?fù)溲葑兂龇醇lyback拓?fù)涞哪???qǐng)看下面的圖:

 

這是基本的buck-boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。下面我們把MOS管和二極管的位置改變一下,都挪到下面來(lái)。變成如下的電路結(jié)構(gòu)。這個(gè)電路和上面的電路是完全等效的。

 

接下來(lái),我們把這個(gè)電路,從A、B兩點(diǎn)斷開,然后在斷開的地方接入一個(gè)變壓器,得到下圖:

 

為什么變壓器要接在這個(gè)地方?因?yàn)閎uck-boost電路中,電感上承受的雙向伏秒積是相等的,不會(huì)導(dǎo)致變壓器累積偏磁。我們注意到,變壓器的初級(jí)和基本拓?fù)渲械碾姼惺遣⒙?lián)關(guān)系,那么可以將變壓器的勵(lì)磁電感和這個(gè)電感合二為一。另外,把變壓器次級(jí)輸出調(diào)整一下,以適應(yīng)閱讀習(xí)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(chǔ)存能量后釋放,而不是僅僅擔(dān)負(fù)傳遞能量的角色。故而這個(gè)變壓器的本質(zhì)是個(gè)耦合電感。采用這個(gè)耦合電感來(lái)傳遞能量,不僅可以實(shí)現(xiàn)輸入與輸出的隔離,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了電壓的變換,而不是僅僅靠占空比來(lái)調(diào)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(shí)際線路中也會(huì)存在雜散電感。當(dāng)MOS關(guān)斷時(shí),漏感和雜散電感中的能量會(huì)在MOS的漏極產(chǎn)生很高的電壓尖峰,從而會(huì)導(dǎo)致器件的損壞。故而,我們必須對(duì)漏感能量進(jìn)行處理,最常見的就是增加一個(gè)RCD吸收電路。用C來(lái)暫存漏感能量,用R來(lái)耗散之。

  

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2010-08-12 02:22

3,反激電源變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)

從今天開始,我們一起來(lái)討論一下反激電源變壓器的設(shè)計(jì)。其實(shí),反激電源的變壓器設(shè)計(jì)方法有很多種。條條大路通羅馬,我們究竟要選擇哪條路呢?我的想法是,選擇自己熟悉的路,選擇自己能理解的設(shè)計(jì)方法。有的設(shè)計(jì)方法號(hào)稱是最簡(jiǎn)單的,有的設(shè)計(jì)方法號(hào)稱是最明了的。但我認(rèn)為,適合你自己的才是最好的。更何況,有些設(shè)計(jì)方法,直接給個(gè)公式出來(lái),沒有頭沒有尾的,莫名其妙,就算按照那種方法計(jì)算出來(lái)你要的變壓器,但你理解了嗎?你從中學(xué)習(xí)到了什么?我想,授人以魚,不如授人以漁,希望我們能夠通過討論反激變壓器的設(shè)計(jì)過程,讓大家不僅學(xué)會(huì)怎么計(jì)算反激變壓器,更要能通過設(shè)計(jì),配合上面的電路原理,把反激的原理搞透。岳飛不就曾說(shuō)過:“陣而后戰(zhàn),兵法之常,運(yùn)用之妙,存乎一心?!?一旦把原理搞清楚了,那么就不存在什么具體算法了。將來(lái)的運(yùn)用之妙,就存乎一心了??梢愿鶕?jù)具體的參數(shù)細(xì)化優(yōu)化!

其實(shí),要設(shè)計(jì)一個(gè)變壓器,就是求一個(gè)多元方程組的解。只不過呢,由于未知數(shù)的數(shù)量比方程數(shù)量多,那么只好人為的指定某些參數(shù)的數(shù)值。對(duì)于一個(gè)反激電源而言,需要有輸入指標(biāo),輸出指標(biāo)。這些參數(shù),有的是客戶的要求,也是我們需要達(dá)到的設(shè)計(jì)目標(biāo),還有些參數(shù)是我們?nèi)藶檫x擇的。一般來(lái)說(shuō),我們需要這些參數(shù):

輸入交流電壓范圍、輸出電壓、輸出電流、效率、開關(guān)頻率等參數(shù)。

對(duì)于反激電源來(lái)說(shuō),其工作模式有很多種,什么DCM,CCM,CRM,BCM,QR等。這里要作一個(gè)說(shuō)明:CRM和BCM是一種模式,就是磁芯中的能量剛好完全釋放,次級(jí)整流二極管電流剛好過零的時(shí)候,初級(jí)側(cè)MOS管開通,開始進(jìn)行下一個(gè)周期。

QR模式,則是磁芯能量釋放完畢后,變壓器初級(jí)電感和MOS結(jié)電容進(jìn)行諧振,MOS結(jié)電容放電到最低值時(shí),MOS開通,這樣可以實(shí)現(xiàn)較低的開通損耗。也就是說(shuō),QR模式是的mos開通時(shí)間比CRM模式還要晚一點(diǎn)。

CRM/BCM、QR模式都是變頻控制,同時(shí),他們都是屬于DCM模式范疇內(nèi)的。

而CCM模式呢,CCM模式的電源其實(shí)也包含著DCM模式,當(dāng)按照CCM模式設(shè)計(jì)的反激電源工作在輕載或者高輸入電壓的時(shí)候,就會(huì)進(jìn)入DCM模式。

那么就是說(shuō),CRM/BCM,QR模式的反激變壓器的設(shè)計(jì),可以按照某個(gè)特定工作點(diǎn)的時(shí)候的DCM模式來(lái)計(jì)算。那么我們下面的計(jì)算就只要考慮DCM與CCM兩種情況了。

那么我們究竟是選擇DCM還是CCM模式呢?這個(gè)其實(shí)沒有定論,DCM的優(yōu)點(diǎn)是,反饋容易調(diào),次級(jí)整流二極管沒有反向恢復(fù)問題。缺點(diǎn)是,電流峰值大,RMS值高,線路的銅損和MOS的導(dǎo)通損耗比較大。而CCM的優(yōu)缺點(diǎn)和DCM剛好反過來(lái)。特別是CCM的反饋,因?yàn)榇嬖趶腄CM進(jìn)入CCM過程,傳遞函數(shù)會(huì)發(fā)生突變,容易振蕩。另外,CCM模式,如果電感電流斜率不夠大,或者占空比太大,容易產(chǎn)生次諧波振蕩,這時(shí)候需要加斜坡補(bǔ)償。所以呢,究竟什么時(shí)候選擇用什么模式,是沒有結(jié)論的。只能是“運(yùn)用之妙,存乎一心”了。隨著項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的增加,對(duì)電路理解的深入,慢慢的,你就能有所認(rèn)識(shí)。

還有一個(gè)重要的參數(shù),占空比,這個(gè)參數(shù)既可以人為指定,也可以通過其他數(shù)值的確定來(lái)限制。那我們先來(lái)看看,占空比受那些因素的影響呢?

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2010-08-12 02:22

4,我們知道,實(shí)際的變壓器是存在漏感的。漏感在MOS關(guān)斷時(shí),會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰,如果不對(duì)這個(gè)尖峰作處理的話,可能會(huì)導(dǎo)致MOS被擊穿而損壞。所以我們通常會(huì)在變壓器的初級(jí)側(cè)增加一個(gè)RCD吸收電路。見下圖:

 

下面的圖是MOS關(guān)斷后,DS間的電壓波形。

 

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bode
LV.9
7
2010-08-12 08:45
@讓你記得我的好
4,我們知道,實(shí)際的變壓器是存在漏感的。漏感在MOS關(guān)斷時(shí),會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰,如果不對(duì)這個(gè)尖峰作處理的話,可能會(huì)導(dǎo)致MOS被擊穿而損壞。所以我們通常會(huì)在變壓器的初級(jí)側(cè)增加一個(gè)RCD吸收電路。見下圖:[圖片] 下面的圖是MOS關(guān)斷后,DS間的電壓波形。[圖片] 

哇塞,來(lái)晚了,哭~

還好,是本貼第二個(gè)ID發(fā)言。

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roc19850
LV.5
8
2010-08-12 09:07
@bode
哇塞,來(lái)晚了,哭~還好,是本貼第二個(gè)ID發(fā)言。[圖片]

聽課。。。。

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2010-08-12 09:31
@讓你記得我的好
4,我們知道,實(shí)際的變壓器是存在漏感的。漏感在MOS關(guān)斷時(shí),會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰,如果不對(duì)這個(gè)尖峰作處理的話,可能會(huì)導(dǎo)致MOS被擊穿而損壞。所以我們通常會(huì)在變壓器的初級(jí)側(cè)增加一個(gè)RCD吸收電路。見下圖:[圖片] 下面的圖是MOS關(guān)斷后,DS間的電壓波形。[圖片] 

有東西了,我來(lái)聽課!

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13551289398
LV.4
10
2010-08-12 09:48
@qinzutaim
有東西了,我來(lái)聽課!

續(xù)繼前進(jìn)吧

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hsym_101584
LV.5
11
2010-08-12 10:21
@讓你記得我的好
4,我們知道,實(shí)際的變壓器是存在漏感的。漏感在MOS關(guān)斷時(shí),會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰,如果不對(duì)這個(gè)尖峰作處理的話,可能會(huì)導(dǎo)致MOS被擊穿而損壞。所以我們通常會(huì)在變壓器的初級(jí)側(cè)增加一個(gè)RCD吸收電路。見下圖:[圖片] 下面的圖是MOS關(guān)斷后,DS間的電壓波形。[圖片] 

地板

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2010-08-12 14:28
@讓你記得我的好
先列提綱1,反激電路是由buck-boost拓?fù)溲葑兌鴣?lái),先分析一下buck-boost電路的工作過程。[圖片] [圖片]  工作時(shí)序說(shuō)明:t0時(shí)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線性上升。t1時(shí)刻,Q1關(guān)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(shí)刻,Q1開通,開始一個(gè)新的周期。從上面的波形圖中,我們可以看到,在整個(gè)工作周期中,電感L1的電流都沒有到零。所以,這個(gè)工作模式是電流連續(xù)的CCM模式,又叫做能量不完全轉(zhuǎn)移模式。因?yàn)殡姼兄械膬?chǔ)能沒有完全釋放。從工作過程我們也可以知道,這個(gè)拓?fù)淠芰總鬟f的方式是,在MOS管開通時(shí),向電感中儲(chǔ)存能量,MOS管關(guān)斷時(shí),電感向輸出電容釋放能量。MOS管不直接向負(fù)載傳遞能量。整個(gè)能量傳遞過程是先儲(chǔ)存再釋放的過程。整個(gè)電路的輸出能力,取決于電感的儲(chǔ)存能力。我們還要注意到,根據(jù)電流流動(dòng)的方向,可以判斷出,在輸入輸出共地的情況下,輸出的電壓是負(fù)電壓。MOS管開通時(shí),電感L1承受的是輸入電壓,MOS關(guān)斷時(shí),電感L1承受的是輸出電壓。那么,在穩(wěn)態(tài)時(shí),電路要保證電感不進(jìn)入飽和,必定要保證電感承受的正向和反向的伏秒積的平衡。那么:Vin×(t1-t0)=Vout×(t2-t1),假如整個(gè)工作周期為T,占空比為D,那么就是:Vin×D=Vout×(1-D)那么輸出電壓和占空比的關(guān)系就是:Vout=Vin×D/(1-D)同時(shí),我們注意看MOS管和二極管D1的電壓應(yīng)力,都是Vin+Vout另外,因?yàn)槭荂CM模式,所以從電流波形上可以看出來(lái),二極管存在反向恢復(fù)問題。MOS開通時(shí)有電流尖峰。

上面的工作模式是電流連續(xù)的CCM模式。在原圖的基礎(chǔ)上,把電感量降低為80uH,其他參數(shù)不變,仿真看穩(wěn)態(tài)的波形如下:

 

t0時(shí)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(shí)刻,Q1關(guān)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(shí)刻,電感電流和二極管電流降到零。D1截止,MOS的結(jié)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(shí)刻,Q1再次開通,進(jìn)入一個(gè)新的周期。

在這個(gè)工作模式中,因?yàn)殡姼须娏鲿?huì)到零,所以是電流不連續(xù)的DCM模式。有叫做能量完全轉(zhuǎn)移模式,因?yàn)殡姼兄袃?chǔ)存的能量完全轉(zhuǎn)移到了輸出端。而二極管因?yàn)橐补ぷ髟贒CM狀態(tài),所以沒有反向恢復(fù)的問題。 但是我們應(yīng)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。

另外需要注意的是在DCM下的伏秒積的平衡是:

Vin×(t1-t0)=Vout(t2-t1)

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2010-08-12 16:10
@讓你記得我的好
先列提綱1,反激電路是由buck-boost拓?fù)溲葑兌鴣?lái),先分析一下buck-boost電路的工作過程。[圖片] [圖片]  工作時(shí)序說(shuō)明:t0時(shí)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線性上升。t1時(shí)刻,Q1關(guān)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(shí)刻,Q1開通,開始一個(gè)新的周期。從上面的波形圖中,我們可以看到,在整個(gè)工作周期中,電感L1的電流都沒有到零。所以,這個(gè)工作模式是電流連續(xù)的CCM模式,又叫做能量不完全轉(zhuǎn)移模式。因?yàn)殡姼兄械膬?chǔ)能沒有完全釋放。從工作過程我們也可以知道,這個(gè)拓?fù)淠芰總鬟f的方式是,在MOS管開通時(shí),向電感中儲(chǔ)存能量,MOS管關(guān)斷時(shí),電感向輸出電容釋放能量。MOS管不直接向負(fù)載傳遞能量。整個(gè)能量傳遞過程是先儲(chǔ)存再釋放的過程。整個(gè)電路的輸出能力,取決于電感的儲(chǔ)存能力。我們還要注意到,根據(jù)電流流動(dòng)的方向,可以判斷出,在輸入輸出共地的情況下,輸出的電壓是負(fù)電壓。MOS管開通時(shí),電感L1承受的是輸入電壓,MOS關(guān)斷時(shí),電感L1承受的是輸出電壓。那么,在穩(wěn)態(tài)時(shí),電路要保證電感不進(jìn)入飽和,必定要保證電感承受的正向和反向的伏秒積的平衡。那么:Vin×(t1-t0)=Vout×(t2-t1),假如整個(gè)工作周期為T,占空比為D,那么就是:Vin×D=Vout×(1-D)那么輸出電壓和占空比的關(guān)系就是:Vout=Vin×D/(1-D)同時(shí),我們注意看MOS管和二極管D1的電壓應(yīng)力,都是Vin+Vout另外,因?yàn)槭荂CM模式,所以從電流波形上可以看出來(lái),二極管存在反向恢復(fù)問題。MOS開通時(shí)有電流尖峰。

在CCM和DCM模式有個(gè)過渡的狀態(tài),叫CRM,就是臨界模式。這個(gè)模式就是電感電流剛好降到零的時(shí)候,MOS開通。這個(gè)方式就是DCM向CCM過渡的臨界模式。

CCM在輕載的時(shí)候,會(huì)進(jìn)入DCM模式的。

CRM模式可以避免二極管的反向恢復(fù)問題。同時(shí)也能避免深度DCM時(shí),電流峰值很大的缺點(diǎn)。要保持電路一直工作在CRM模式,需要用變頻的控制方式。

我們還注意到,在DCM模式,電感電流降到零以后,電感會(huì)和MOS的結(jié)電容諧振,給MOS結(jié)電容放電。那么,是不是可以有種工作方式是當(dāng)MOS結(jié)電容放電到最低點(diǎn)的時(shí)候,MOS開通進(jìn)入下一個(gè)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(zhǔn)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(lái)設(shè)計(jì)。

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lingqidian
LV.4
14
2010-08-12 17:11
@讓你記得我的好
3,反激電源變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)從今天開始,我們一起來(lái)討論一下反激電源變壓器的設(shè)計(jì)。其實(shí),反激電源的變壓器設(shè)計(jì)方法有很多種。條條大路通羅馬,我們究竟要選擇哪條路呢?我的想法是,選擇自己熟悉的路,選擇自己能理解的設(shè)計(jì)方法。有的設(shè)計(jì)方法號(hào)稱是最簡(jiǎn)單的,有的設(shè)計(jì)方法號(hào)稱是最明了的。但我認(rèn)為,適合你自己的才是最好的。更何況,有些設(shè)計(jì)方法,直接給個(gè)公式出來(lái),沒有頭沒有尾的,莫名其妙,就算按照那種方法計(jì)算出來(lái)你要的變壓器,但你理解了嗎?你從中學(xué)習(xí)到了什么?我想,授人以魚,不如授人以漁,希望我們能夠通過討論反激變壓器的設(shè)計(jì)過程,讓大家不僅學(xué)會(huì)怎么計(jì)算反激變壓器,更要能通過設(shè)計(jì),配合上面的電路原理,把反激的原理搞透。岳飛不就曾說(shuō)過:“陣而后戰(zhàn),兵法之常,運(yùn)用之妙,存乎一心?!币坏┌言砀闱宄耍敲淳筒淮嬖谑裁淳唧w算法了。將來(lái)的運(yùn)用之妙,就存乎一心了。可以根據(jù)具體的參數(shù)細(xì)化優(yōu)化!其實(shí),要設(shè)計(jì)一個(gè)變壓器,就是求一個(gè)多元方程組的解。只不過呢,由于未知數(shù)的數(shù)量比方程數(shù)量多,那么只好人為的指定某些參數(shù)的數(shù)值。對(duì)于一個(gè)反激電源而言,需要有輸入指標(biāo),輸出指標(biāo)。這些參數(shù),有的是客戶的要求,也是我們需要達(dá)到的設(shè)計(jì)目標(biāo),還有些參數(shù)是我們?nèi)藶檫x擇的。一般來(lái)說(shuō),我們需要這些參數(shù):輸入交流電壓范圍、輸出電壓、輸出電流、效率、開關(guān)頻率等參數(shù)。對(duì)于反激電源來(lái)說(shuō),其工作模式有很多種,什么DCM,CCM,CRM,BCM,QR等。這里要作一個(gè)說(shuō)明:CRM和BCM是一種模式,就是磁芯中的能量剛好完全釋放,次級(jí)整流二極管電流剛好過零的時(shí)候,初級(jí)側(cè)MOS管開通,開始進(jìn)行下一個(gè)周期。QR模式,則是磁芯能量釋放完畢后,變壓器初級(jí)電感和MOS結(jié)電容進(jìn)行諧振,MOS結(jié)電容放電到最低值時(shí),MOS開通,這樣可以實(shí)現(xiàn)較低的開通損耗。也就是說(shuō),QR模式是的mos開通時(shí)間比CRM模式還要晚一點(diǎn)。CRM/BCM、QR模式都是變頻控制,同時(shí),他們都是屬于DCM模式范疇內(nèi)的。而CCM模式呢,CCM模式的電源其實(shí)也包含著DCM模式,當(dāng)按照CCM模式設(shè)計(jì)的反激電源工作在輕載或者高輸入電壓的時(shí)候,就會(huì)進(jìn)入DCM模式。那么就是說(shuō),CRM/BCM,QR模式的反激變壓器的設(shè)計(jì),可以按照某個(gè)特定工作點(diǎn)的時(shí)候的DCM模式來(lái)計(jì)算。那么我們下面的計(jì)算就只要考慮DCM與CCM兩種情況了。那么我們究竟是選擇DCM還是CCM模式呢?這個(gè)其實(shí)沒有定論,DCM的優(yōu)點(diǎn)是,反饋容易調(diào),次級(jí)整流二極管沒有反向恢復(fù)問題。缺點(diǎn)是,電流峰值大,RMS值高,線路的銅損和MOS的導(dǎo)通損耗比較大。而CCM的優(yōu)缺點(diǎn)和DCM剛好反過來(lái)。特別是CCM的反饋,因?yàn)榇嬖趶腄CM進(jìn)入CCM過程,傳遞函數(shù)會(huì)發(fā)生突變,容易振蕩。另外,CCM模式,如果電感電流斜率不夠大,或者占空比太大,容易產(chǎn)生次諧波振蕩,這時(shí)候需要加斜坡補(bǔ)償。所以呢,究竟什么時(shí)候選擇用什么模式,是沒有結(jié)論的。只能是“運(yùn)用之妙,存乎一心”了。隨著項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的增加,對(duì)電路理解的深入,慢慢的,你就能有所認(rèn)識(shí)。還有一個(gè)重要的參數(shù),占空比,這個(gè)參數(shù)既可以人為指定,也可以通過其他數(shù)值的確定來(lái)限制。那我們先來(lái)看看,占空比受那些因素的影響呢?

期待好版主變壓器部分講的詳細(xì)一點(diǎn)。設(shè)計(jì)步驟及變壓器各部件選擇,如何查資料設(shè)計(jì)等。

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13551289398
LV.4
15
2010-08-12 18:13
@讓你記得我的好
在CCM和DCM模式有個(gè)過渡的狀態(tài),叫CRM,就是臨界模式。這個(gè)模式就是電感電流剛好降到零的時(shí)候,MOS開通。這個(gè)方式就是DCM向CCM過渡的臨界模式。CCM在輕載的時(shí)候,會(huì)進(jìn)入DCM模式的。CRM模式可以避免二極管的反向恢復(fù)問題。同時(shí)也能避免深度DCM時(shí),電流峰值很大的缺點(diǎn)。要保持電路一直工作在CRM模式,需要用變頻的控制方式。我們還注意到,在DCM模式,電感電流降到零以后,電感會(huì)和MOS的結(jié)電容諧振,給MOS結(jié)電容放電。那么,是不是可以有種工作方式是當(dāng)MOS結(jié)電容放電到最低點(diǎn)的時(shí)候,MOS開通進(jìn)入下一個(gè)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(zhǔn)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(lái)設(shè)計(jì)。

一定來(lái)看看

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fly
16
2010-08-12 18:26
@roc19850
聽課。。。。

聽課。。。

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2010-08-13 03:02
@讓你記得我的好
2,那么我們常說(shuō),反激flyback電路是從buck-boost電路演變而來(lái),究竟是如何從buck-boost拓?fù)溲葑兂龇醇lyback拓?fù)涞哪???qǐng)看下面的圖:[圖片] 這是基本的buck-boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。下面我們把MOS管和二極管的位置改變一下,都挪到下面來(lái)。變成如下的電路結(jié)構(gòu)。這個(gè)電路和上面的電路是完全等效的。[圖片] 接下來(lái),我們把這個(gè)電路,從A、B兩點(diǎn)斷開,然后在斷開的地方接入一個(gè)變壓器,得到下圖:[圖片] 為什么變壓器要接在這個(gè)地方?因?yàn)閎uck-boost電路中,電感上承受的雙向伏秒積是相等的,不會(huì)導(dǎo)致變壓器累積偏磁。我們注意到,變壓器的初級(jí)和基本拓?fù)渲械碾姼惺遣⒙?lián)關(guān)系,那么可以將變壓器的勵(lì)磁電感和這個(gè)電感合二為一。另外,把變壓器次級(jí)輸出調(diào)整一下,以適應(yīng)閱讀習(xí)慣。得到下圖:[圖片] 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(chǔ)存能量后釋放,而不是僅僅擔(dān)負(fù)傳遞能量的角色。故而這個(gè)變壓器的本質(zhì)是個(gè)耦合電感。采用這個(gè)耦合電感來(lái)傳遞能量,不僅可以實(shí)現(xiàn)輸入與輸出的隔離,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了電壓的變換,而不是僅僅靠占空比來(lái)調(diào)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(shí)際線路中也會(huì)存在雜散電感。當(dāng)MOS關(guān)斷時(shí),漏感和雜散電感中的能量會(huì)在MOS的漏極產(chǎn)生很高的電壓尖峰,從而會(huì)導(dǎo)致器件的損壞。故而,我們必須對(duì)漏感能量進(jìn)行處理,最常見的就是增加一個(gè)RCD吸收電路。用C來(lái)暫存漏感能量,用R來(lái)耗散之。[圖片]  

下面先讓我們仿真一下反激flyback電路的工作過程。

在使用耦合電感仿真的時(shí)候,我們需要知道saber中,耦合電感怎么用。簡(jiǎn)單的辦法,就是選擇一個(gè)理想的線性變壓器,然后設(shè)置其電感量來(lái)仿真。還有一個(gè)辦法,就是利用耦合電感K這個(gè)模型來(lái)仿真。感興趣的,可以先看一下這個(gè)帖子:

SABER中耦合電感的運(yùn)用

下圖是我們用來(lái)仿真的電路圖,為了讓大家能看到元件參數(shù)的設(shè)置,我把所有元件的關(guān)鍵參數(shù)都顯示出來(lái)了。還有,因?yàn)榉抡娴男枰?,我把輸入和輸出共地,?shí)際電路當(dāng)然是隔離的。

 

細(xì)心的朋友可能會(huì)注意到,變壓器的初級(jí)電感量是202uH,參與耦合的卻只有200uH,那么有2uH是漏感。次級(jí)是50uH,沒有漏感。變壓器的電感比是200:50,那么意味著變壓器的匝比NP/NS=2:1

設(shè)定瞬態(tài)掃描,時(shí)間10ms,步長(zhǎng)10ns,看看穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形吧:

 

下面先簡(jiǎn)單敘述其工作原理:
t0時(shí)刻,MOS開通。變壓器初級(jí)電流在輸入電壓的作用下,線性上升,上升速率為Vin/l1。變壓器初級(jí)電壓感應(yīng)到次級(jí),整流二極管反向截止。二極管承受反壓為Vin/(NP/NS)+Vout。
t1時(shí)刻,MOS關(guān)斷。 變壓器初級(jí)電流被強(qiáng)制關(guān)斷。我們知道電感電流是不能突變的,而現(xiàn)在MOS要強(qiáng)制關(guān)斷初級(jí)電流,那么初級(jí)電感就會(huì)在MOS關(guān)斷過程中,在初級(jí)側(cè)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,我們知道,這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在原理圖中是下正上負(fù)的。這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過變壓器的繞組耦合到次級(jí),由于次級(jí)的同名端和初級(jí)是反的。所以次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是上正下負(fù)。當(dāng)次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到輸出電壓時(shí),次級(jí)整流二極管導(dǎo)通。初級(jí)電感在MOS開通時(shí)儲(chǔ)存的能量,通過磁芯耦合到次級(jí)電感,然后通過次級(jí)線圈釋放到次級(jí)輸出電容中。在向輸出電容中轉(zhuǎn)移能量的過程中,由于次級(jí)輸出電容容量很大,電壓基本不變,所以次級(jí)電壓被箝位在輸出電壓Vout,那么因?yàn)榇判纠@組電壓是按匝數(shù)的比例關(guān)系,所以此時(shí)初級(jí)側(cè)的電壓也被箝位在Vout/(NS/NP),這里為了簡(jiǎn)化分析,我們忽略了二極管的正向?qū)▔航怠?br /> 現(xiàn)在我們引入一個(gè)非常重要的概念,反射電壓Vf。反射電壓Vf就是次級(jí)繞組在向次級(jí)整流后的輸出電容轉(zhuǎn)移能量時(shí),把次級(jí)輸出電壓按照初次級(jí)繞組的匝數(shù)比關(guān)系反射到初級(jí)側(cè)繞組的電壓,數(shù)值為:Vf=(Vout+Vd)/(NS/NP),式中,Vd是二極管的正向?qū)▔航?。在本例中,Vout約為20V,Vd約為1V,NP/NS=2,那么反射電壓約為42V。從波形圖上可以證實(shí)這一點(diǎn)。那么我們從原理圖上可以知道,此時(shí)MOS的承受的電壓為Vin+Vf。
也有朋友注意到了,在MOS關(guān)斷的時(shí)候,Vds的波形顯示,MOS上的電壓遠(yuǎn)超過Vin+Vf!這是怎么回事呢?這是因?yàn)?,我們的這個(gè)例子中,變壓器的初級(jí)有漏感。漏感的能量是不會(huì)通過磁芯耦合到次級(jí)的。那么MOS關(guān)斷過程中,漏感電流也是不能突變的。漏感的電流變化也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因?yàn)闊o(wú)法被次級(jí)耦合而箝位,電壓會(huì)沖的很高。那么為了避免MOS被電壓擊穿而損壞,所以我們?cè)诔跫?jí)側(cè)加了一個(gè)RCD吸收緩沖電路,把漏感能量先儲(chǔ)存在電容里,然后通過R消耗掉。當(dāng)然,這個(gè)R不僅消耗漏感能量。因?yàn)樵贛OS關(guān)斷時(shí),所有繞組都共享磁芯中儲(chǔ)存的能量。其實(shí),留意看看,初級(jí)配上RCD吸收電路,和次級(jí)整流濾波后帶一個(gè)電阻負(fù)載,電路結(jié)構(gòu)完全是相同的。故而初級(jí)側(cè)這時(shí)候也像一個(gè)輸出繞組似的,只不過輸出的電壓是Vf,那么Vf也會(huì)在RCD吸收回路的R上產(chǎn)生功率。因此,初級(jí)側(cè)的RCD吸收回路的R不要取值太小,以避免Vf在其上消耗過多的能量而降低效率。
t3時(shí)刻,MOS再次開通,開始下一個(gè)周期。

那么現(xiàn)在有一個(gè)問題。在一個(gè)工組周期中,我們看到,初級(jí)電感電流隨著MOS的關(guān)斷是被強(qiáng)制關(guān)斷的。在MOS關(guān)斷期間,初級(jí)電感電流為0,電流是不連續(xù)的。那么,是不是我們的這個(gè)電路是工作在DCM狀態(tài)的呢?
非也非也,在flyback電路中,CCM和DCM的判斷,不是按照初級(jí)電流是否連續(xù)來(lái)判斷的。而是根據(jù)初、次級(jí)的電流合成來(lái)判斷的。只要初、次級(jí)電流不同是為零,就是CCM模式。而如果存在初、次級(jí)電流同時(shí)為零的狀態(tài),就是DCM模式。介于二者之間的就是CRM過渡模式。

所以根據(jù)這個(gè)我們從波形圖中可以看到,當(dāng)MOS開通時(shí),次級(jí)電流還沒有降到零。而MOS開通時(shí),初級(jí)電流并不是從零開始上升,故而,這個(gè)例子中的電路是工作在CCM模式的。

我們說(shuō)過,CCM模式是能量不完全轉(zhuǎn)移的。也就是說(shuō),儲(chǔ)存在磁芯中的能量是沒有完全釋放的。但進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后,每周期MOS開通時(shí)新增儲(chǔ)存能量是完全釋放到次級(jí)的。否則磁芯會(huì)飽和的。

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2010-08-13 10:41
@hsym_101584
地板
泡泡壇子,瞄瞄帖子
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gaohq
LV.8
19
2010-08-13 10:52
@讓你記得我的好
2,那么我們常說(shuō),反激flyback電路是從buck-boost電路演變而來(lái),究竟是如何從buck-boost拓?fù)溲葑兂龇醇lyback拓?fù)涞哪???qǐng)看下面的圖:[圖片] 這是基本的buck-boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。下面我們把MOS管和二極管的位置改變一下,都挪到下面來(lái)。變成如下的電路結(jié)構(gòu)。這個(gè)電路和上面的電路是完全等效的。[圖片] 接下來(lái),我們把這個(gè)電路,從A、B兩點(diǎn)斷開,然后在斷開的地方接入一個(gè)變壓器,得到下圖:[圖片] 為什么變壓器要接在這個(gè)地方?因?yàn)閎uck-boost電路中,電感上承受的雙向伏秒積是相等的,不會(huì)導(dǎo)致變壓器累積偏磁。我們注意到,變壓器的初級(jí)和基本拓?fù)渲械碾姼惺遣⒙?lián)關(guān)系,那么可以將變壓器的勵(lì)磁電感和這個(gè)電感合二為一。另外,把變壓器次級(jí)輸出調(diào)整一下,以適應(yīng)閱讀習(xí)慣。得到下圖:[圖片] 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(chǔ)存能量后釋放,而不是僅僅擔(dān)負(fù)傳遞能量的角色。故而這個(gè)變壓器的本質(zhì)是個(gè)耦合電感。采用這個(gè)耦合電感來(lái)傳遞能量,不僅可以實(shí)現(xiàn)輸入與輸出的隔離,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了電壓的變換,而不是僅僅靠占空比來(lái)調(diào)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(shí)際線路中也會(huì)存在雜散電感。當(dāng)MOS關(guān)斷時(shí),漏感和雜散電感中的能量會(huì)在MOS的漏極產(chǎn)生很高的電壓尖峰,從而會(huì)導(dǎo)致器件的損壞。故而,我們必須對(duì)漏感能量進(jìn)行處理,最常見的就是增加一個(gè)RCD吸收電路。用C來(lái)暫存漏感能量,用R來(lái)耗散之。[圖片]  

樓主把仿真文件也傳上來(lái),我們便聽課便仿真啊。

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13551289398
LV.4
20
2010-08-13 12:13
@讓你記得我的好
下面先讓我們仿真一下反激flyback電路的工作過程。在使用耦合電感仿真的時(shí)候,我們需要知道saber中,耦合電感怎么用。簡(jiǎn)單的辦法,就是選擇一個(gè)理想的線性變壓器,然后設(shè)置其電感量來(lái)仿真。還有一個(gè)辦法,就是利用耦合電感K這個(gè)模型來(lái)仿真。感興趣的,可以先看一下這個(gè)帖子:SABER中耦合電感的運(yùn)用下圖是我們用來(lái)仿真的電路圖,為了讓大家能看到元件參數(shù)的設(shè)置,我把所有元件的關(guān)鍵參數(shù)都顯示出來(lái)了。還有,因?yàn)榉抡娴男枰?,我把輸入和輸出共地,?shí)際電路當(dāng)然是隔離的。[圖片] 細(xì)心的朋友可能會(huì)注意到,變壓器的初級(jí)電感量是202uH,參與耦合的卻只有200uH,那么有2uH是漏感。次級(jí)是50uH,沒有漏感。變壓器的電感比是200:50,那么意味著變壓器的匝比NP/NS=2:1設(shè)定瞬態(tài)掃描,時(shí)間10ms,步長(zhǎng)10ns,看看穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形吧:[圖片] 下面先簡(jiǎn)單敘述其工作原理:t0時(shí)刻,MOS開通。變壓器初級(jí)電流在輸入電壓的作用下,線性上升,上升速率為Vin/l1。變壓器初級(jí)電壓感應(yīng)到次級(jí),整流二極管反向截止。二極管承受反壓為Vin/(NP/NS)+Vout。t1時(shí)刻,MOS關(guān)斷。變壓器初級(jí)電流被強(qiáng)制關(guān)斷。我們知道電感電流是不能突變的,而現(xiàn)在MOS要強(qiáng)制關(guān)斷初級(jí)電流,那么初級(jí)電感就會(huì)在MOS關(guān)斷過程中,在初級(jí)側(cè)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,我們知道,這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在原理圖中是下正上負(fù)的。這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過變壓器的繞組耦合到次級(jí),由于次級(jí)的同名端和初級(jí)是反的。所以次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是上正下負(fù)。當(dāng)次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到輸出電壓時(shí),次級(jí)整流二極管導(dǎo)通。初級(jí)電感在MOS開通時(shí)儲(chǔ)存的能量,通過磁芯耦合到次級(jí)電感,然后通過次級(jí)線圈釋放到次級(jí)輸出電容中。在向輸出電容中轉(zhuǎn)移能量的過程中,由于次級(jí)輸出電容容量很大,電壓基本不變,所以次級(jí)電壓被箝位在輸出電壓Vout,那么因?yàn)榇判纠@組電壓是按匝數(shù)的比例關(guān)系,所以此時(shí)初級(jí)側(cè)的電壓也被箝位在Vout/(NS/NP),這里為了簡(jiǎn)化分析,我們忽略了二極管的正向?qū)▔航怠,F(xiàn)在我們引入一個(gè)非常重要的概念,反射電壓Vf。反射電壓Vf就是次級(jí)繞組在向次級(jí)整流后的輸出電容轉(zhuǎn)移能量時(shí),把次級(jí)輸出電壓按照初次級(jí)繞組的匝數(shù)比關(guān)系反射到初級(jí)側(cè)繞組的電壓,數(shù)值為:Vf=(Vout+Vd)/(NS/NP),式中,Vd是二極管的正向?qū)▔航?。在本例中,Vout約為20V,Vd約為1V,NP/NS=2,那么反射電壓約為42V。從波形圖上可以證實(shí)這一點(diǎn)。那么我們從原理圖上可以知道,此時(shí)MOS的承受的電壓為Vin+Vf。也有朋友注意到了,在MOS關(guān)斷的時(shí)候,Vds的波形顯示,MOS上的電壓遠(yuǎn)超過Vin+Vf!這是怎么回事呢?這是因?yàn)?,我們的這個(gè)例子中,變壓器的初級(jí)有漏感。漏感的能量是不會(huì)通過磁芯耦合到次級(jí)的。那么MOS關(guān)斷過程中,漏感電流也是不能突變的。漏感的電流變化也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因?yàn)闊o(wú)法被次級(jí)耦合而箝位,電壓會(huì)沖的很高。那么為了避免MOS被電壓擊穿而損壞,所以我們?cè)诔跫?jí)側(cè)加了一個(gè)RCD吸收緩沖電路,把漏感能量先儲(chǔ)存在電容里,然后通過R消耗掉。當(dāng)然,這個(gè)R不僅消耗漏感能量。因?yàn)樵贛OS關(guān)斷時(shí),所有繞組都共享磁芯中儲(chǔ)存的能量。其實(shí),留意看看,初級(jí)配上RCD吸收電路,和次級(jí)整流濾波后帶一個(gè)電阻負(fù)載,電路結(jié)構(gòu)完全是相同的。故而初級(jí)側(cè)這時(shí)候也像一個(gè)輸出繞組似的,只不過輸出的電壓是Vf,那么Vf也會(huì)在RCD吸收回路的R上產(chǎn)生功率。因此,初級(jí)側(cè)的RCD吸收回路的R不要取值太小,以避免Vf在其上消耗過多的能量而降低效率。t3時(shí)刻,MOS再次開通,開始下一個(gè)周期。那么現(xiàn)在有一個(gè)問題。在一個(gè)工組周期中,我們看到,初級(jí)電感電流隨著MOS的關(guān)斷是被強(qiáng)制關(guān)斷的。在MOS關(guān)斷期間,初級(jí)電感電流為0,電流是不連續(xù)的。那么,是不是我們的這個(gè)電路是工作在DCM狀態(tài)的呢?非也非也,在flyback電路中,CCM和DCM的判斷,不是按照初級(jí)電流是否連續(xù)來(lái)判斷的。而是根據(jù)初、次級(jí)的電流合成來(lái)判斷的。只要初、次級(jí)電流不同是為零,就是CCM模式。而如果存在初、次級(jí)電流同時(shí)為零的狀態(tài),就是DCM模式。介于二者之間的就是CRM過渡模式。所以根據(jù)這個(gè)我們從波形圖中可以看到,當(dāng)MOS開通時(shí),次級(jí)電流還沒有降到零。而MOS開通時(shí),初級(jí)電流并不是從零開始上升,故而,這個(gè)例子中的電路是工作在CCM模式的。我們說(shuō)過,CCM模式是能量不完全轉(zhuǎn)移的。也就是說(shuō),儲(chǔ)存在磁芯中的能量是沒有完全釋放的。但進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后,每周期MOS開通時(shí)新增儲(chǔ)存能量是完全釋放到次級(jí)的。否則磁芯會(huì)飽和的。

真不容易

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2010-08-13 12:29
@gaohq
樓主把仿真文件也傳上來(lái),我們便聽課便仿真啊。
我會(huì)把一部分仿真文件傳上來(lái)的。前面那部分太簡(jiǎn)單了,就不傳了。
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2010-08-13 14:54
@讓你記得我的好
下面先讓我們仿真一下反激flyback電路的工作過程。在使用耦合電感仿真的時(shí)候,我們需要知道saber中,耦合電感怎么用。簡(jiǎn)單的辦法,就是選擇一個(gè)理想的線性變壓器,然后設(shè)置其電感量來(lái)仿真。還有一個(gè)辦法,就是利用耦合電感K這個(gè)模型來(lái)仿真。感興趣的,可以先看一下這個(gè)帖子:SABER中耦合電感的運(yùn)用下圖是我們用來(lái)仿真的電路圖,為了讓大家能看到元件參數(shù)的設(shè)置,我把所有元件的關(guān)鍵參數(shù)都顯示出來(lái)了。還有,因?yàn)榉抡娴男枰?,我把輸入和輸出共地,?shí)際電路當(dāng)然是隔離的。[圖片] 細(xì)心的朋友可能會(huì)注意到,變壓器的初級(jí)電感量是202uH,參與耦合的卻只有200uH,那么有2uH是漏感。次級(jí)是50uH,沒有漏感。變壓器的電感比是200:50,那么意味著變壓器的匝比NP/NS=2:1設(shè)定瞬態(tài)掃描,時(shí)間10ms,步長(zhǎng)10ns,看看穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形吧:[圖片] 下面先簡(jiǎn)單敘述其工作原理:t0時(shí)刻,MOS開通。變壓器初級(jí)電流在輸入電壓的作用下,線性上升,上升速率為Vin/l1。變壓器初級(jí)電壓感應(yīng)到次級(jí),整流二極管反向截止。二極管承受反壓為Vin/(NP/NS)+Vout。t1時(shí)刻,MOS關(guān)斷。變壓器初級(jí)電流被強(qiáng)制關(guān)斷。我們知道電感電流是不能突變的,而現(xiàn)在MOS要強(qiáng)制關(guān)斷初級(jí)電流,那么初級(jí)電感就會(huì)在MOS關(guān)斷過程中,在初級(jí)側(cè)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,我們知道,這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在原理圖中是下正上負(fù)的。這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過變壓器的繞組耦合到次級(jí),由于次級(jí)的同名端和初級(jí)是反的。所以次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是上正下負(fù)。當(dāng)次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到輸出電壓時(shí),次級(jí)整流二極管導(dǎo)通。初級(jí)電感在MOS開通時(shí)儲(chǔ)存的能量,通過磁芯耦合到次級(jí)電感,然后通過次級(jí)線圈釋放到次級(jí)輸出電容中。在向輸出電容中轉(zhuǎn)移能量的過程中,由于次級(jí)輸出電容容量很大,電壓基本不變,所以次級(jí)電壓被箝位在輸出電壓Vout,那么因?yàn)榇判纠@組電壓是按匝數(shù)的比例關(guān)系,所以此時(shí)初級(jí)側(cè)的電壓也被箝位在Vout/(NS/NP),這里為了簡(jiǎn)化分析,我們忽略了二極管的正向?qū)▔航怠,F(xiàn)在我們引入一個(gè)非常重要的概念,反射電壓Vf。反射電壓Vf就是次級(jí)繞組在向次級(jí)整流后的輸出電容轉(zhuǎn)移能量時(shí),把次級(jí)輸出電壓按照初次級(jí)繞組的匝數(shù)比關(guān)系反射到初級(jí)側(cè)繞組的電壓,數(shù)值為:Vf=(Vout+Vd)/(NS/NP),式中,Vd是二極管的正向?qū)▔航?。在本例中,Vout約為20V,Vd約為1V,NP/NS=2,那么反射電壓約為42V。從波形圖上可以證實(shí)這一點(diǎn)。那么我們從原理圖上可以知道,此時(shí)MOS的承受的電壓為Vin+Vf。也有朋友注意到了,在MOS關(guān)斷的時(shí)候,Vds的波形顯示,MOS上的電壓遠(yuǎn)超過Vin+Vf!這是怎么回事呢?這是因?yàn)?,我們的這個(gè)例子中,變壓器的初級(jí)有漏感。漏感的能量是不會(huì)通過磁芯耦合到次級(jí)的。那么MOS關(guān)斷過程中,漏感電流也是不能突變的。漏感的電流變化也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因?yàn)闊o(wú)法被次級(jí)耦合而箝位,電壓會(huì)沖的很高。那么為了避免MOS被電壓擊穿而損壞,所以我們?cè)诔跫?jí)側(cè)加了一個(gè)RCD吸收緩沖電路,把漏感能量先儲(chǔ)存在電容里,然后通過R消耗掉。當(dāng)然,這個(gè)R不僅消耗漏感能量。因?yàn)樵贛OS關(guān)斷時(shí),所有繞組都共享磁芯中儲(chǔ)存的能量。其實(shí),留意看看,初級(jí)配上RCD吸收電路,和次級(jí)整流濾波后帶一個(gè)電阻負(fù)載,電路結(jié)構(gòu)完全是相同的。故而初級(jí)側(cè)這時(shí)候也像一個(gè)輸出繞組似的,只不過輸出的電壓是Vf,那么Vf也會(huì)在RCD吸收回路的R上產(chǎn)生功率。因此,初級(jí)側(cè)的RCD吸收回路的R不要取值太小,以避免Vf在其上消耗過多的能量而降低效率。t3時(shí)刻,MOS再次開通,開始下一個(gè)周期。那么現(xiàn)在有一個(gè)問題。在一個(gè)工組周期中,我們看到,初級(jí)電感電流隨著MOS的關(guān)斷是被強(qiáng)制關(guān)斷的。在MOS關(guān)斷期間,初級(jí)電感電流為0,電流是不連續(xù)的。那么,是不是我們的這個(gè)電路是工作在DCM狀態(tài)的呢?非也非也,在flyback電路中,CCM和DCM的判斷,不是按照初級(jí)電流是否連續(xù)來(lái)判斷的。而是根據(jù)初、次級(jí)的電流合成來(lái)判斷的。只要初、次級(jí)電流不同是為零,就是CCM模式。而如果存在初、次級(jí)電流同時(shí)為零的狀態(tài),就是DCM模式。介于二者之間的就是CRM過渡模式。所以根據(jù)這個(gè)我們從波形圖中可以看到,當(dāng)MOS開通時(shí),次級(jí)電流還沒有降到零。而MOS開通時(shí),初級(jí)電流并不是從零開始上升,故而,這個(gè)例子中的電路是工作在CCM模式的。我們說(shuō)過,CCM模式是能量不完全轉(zhuǎn)移的。也就是說(shuō),儲(chǔ)存在磁芯中的能量是沒有完全釋放的。但進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后,每周期MOS開通時(shí)新增儲(chǔ)存能量是完全釋放到次級(jí)的。否則磁芯會(huì)飽和的。

flyback 

這是上面這個(gè)仿真的文件。

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2010-08-13 15:44
@讓你記得我的好
下面先讓我們仿真一下反激flyback電路的工作過程。在使用耦合電感仿真的時(shí)候,我們需要知道saber中,耦合電感怎么用。簡(jiǎn)單的辦法,就是選擇一個(gè)理想的線性變壓器,然后設(shè)置其電感量來(lái)仿真。還有一個(gè)辦法,就是利用耦合電感K這個(gè)模型來(lái)仿真。感興趣的,可以先看一下這個(gè)帖子:SABER中耦合電感的運(yùn)用下圖是我們用來(lái)仿真的電路圖,為了讓大家能看到元件參數(shù)的設(shè)置,我把所有元件的關(guān)鍵參數(shù)都顯示出來(lái)了。還有,因?yàn)榉抡娴男枰野演斎牒洼敵龉驳?,?shí)際電路當(dāng)然是隔離的。[圖片] 細(xì)心的朋友可能會(huì)注意到,變壓器的初級(jí)電感量是202uH,參與耦合的卻只有200uH,那么有2uH是漏感。次級(jí)是50uH,沒有漏感。變壓器的電感比是200:50,那么意味著變壓器的匝比NP/NS=2:1設(shè)定瞬態(tài)掃描,時(shí)間10ms,步長(zhǎng)10ns,看看穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形吧:[圖片] 下面先簡(jiǎn)單敘述其工作原理:t0時(shí)刻,MOS開通。變壓器初級(jí)電流在輸入電壓的作用下,線性上升,上升速率為Vin/l1。變壓器初級(jí)電壓感應(yīng)到次級(jí),整流二極管反向截止。二極管承受反壓為Vin/(NP/NS)+Vout。t1時(shí)刻,MOS關(guān)斷。變壓器初級(jí)電流被強(qiáng)制關(guān)斷。我們知道電感電流是不能突變的,而現(xiàn)在MOS要強(qiáng)制關(guān)斷初級(jí)電流,那么初級(jí)電感就會(huì)在MOS關(guān)斷過程中,在初級(jí)側(cè)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,我們知道,這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在原理圖中是下正上負(fù)的。這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過變壓器的繞組耦合到次級(jí),由于次級(jí)的同名端和初級(jí)是反的。所以次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是上正下負(fù)。當(dāng)次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到輸出電壓時(shí),次級(jí)整流二極管導(dǎo)通。初級(jí)電感在MOS開通時(shí)儲(chǔ)存的能量,通過磁芯耦合到次級(jí)電感,然后通過次級(jí)線圈釋放到次級(jí)輸出電容中。在向輸出電容中轉(zhuǎn)移能量的過程中,由于次級(jí)輸出電容容量很大,電壓基本不變,所以次級(jí)電壓被箝位在輸出電壓Vout,那么因?yàn)榇判纠@組電壓是按匝數(shù)的比例關(guān)系,所以此時(shí)初級(jí)側(cè)的電壓也被箝位在Vout/(NS/NP),這里為了簡(jiǎn)化分析,我們忽略了二極管的正向?qū)▔航怠,F(xiàn)在我們引入一個(gè)非常重要的概念,反射電壓Vf。反射電壓Vf就是次級(jí)繞組在向次級(jí)整流后的輸出電容轉(zhuǎn)移能量時(shí),把次級(jí)輸出電壓按照初次級(jí)繞組的匝數(shù)比關(guān)系反射到初級(jí)側(cè)繞組的電壓,數(shù)值為:Vf=(Vout+Vd)/(NS/NP),式中,Vd是二極管的正向?qū)▔航?。在本例中,Vout約為20V,Vd約為1V,NP/NS=2,那么反射電壓約為42V。從波形圖上可以證實(shí)這一點(diǎn)。那么我們從原理圖上可以知道,此時(shí)MOS的承受的電壓為Vin+Vf。也有朋友注意到了,在MOS關(guān)斷的時(shí)候,Vds的波形顯示,MOS上的電壓遠(yuǎn)超過Vin+Vf!這是怎么回事呢?這是因?yàn)?,我們的這個(gè)例子中,變壓器的初級(jí)有漏感。漏感的能量是不會(huì)通過磁芯耦合到次級(jí)的。那么MOS關(guān)斷過程中,漏感電流也是不能突變的。漏感的電流變化也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因?yàn)闊o(wú)法被次級(jí)耦合而箝位,電壓會(huì)沖的很高。那么為了避免MOS被電壓擊穿而損壞,所以我們?cè)诔跫?jí)側(cè)加了一個(gè)RCD吸收緩沖電路,把漏感能量先儲(chǔ)存在電容里,然后通過R消耗掉。當(dāng)然,這個(gè)R不僅消耗漏感能量。因?yàn)樵贛OS關(guān)斷時(shí),所有繞組都共享磁芯中儲(chǔ)存的能量。其實(shí),留意看看,初級(jí)配上RCD吸收電路,和次級(jí)整流濾波后帶一個(gè)電阻負(fù)載,電路結(jié)構(gòu)完全是相同的。故而初級(jí)側(cè)這時(shí)候也像一個(gè)輸出繞組似的,只不過輸出的電壓是Vf,那么Vf也會(huì)在RCD吸收回路的R上產(chǎn)生功率。因此,初級(jí)側(cè)的RCD吸收回路的R不要取值太小,以避免Vf在其上消耗過多的能量而降低效率。t3時(shí)刻,MOS再次開通,開始下一個(gè)周期。那么現(xiàn)在有一個(gè)問題。在一個(gè)工組周期中,我們看到,初級(jí)電感電流隨著MOS的關(guān)斷是被強(qiáng)制關(guān)斷的。在MOS關(guān)斷期間,初級(jí)電感電流為0,電流是不連續(xù)的。那么,是不是我們的這個(gè)電路是工作在DCM狀態(tài)的呢?非也非也,在flyback電路中,CCM和DCM的判斷,不是按照初級(jí)電流是否連續(xù)來(lái)判斷的。而是根據(jù)初、次級(jí)的電流合成來(lái)判斷的。只要初、次級(jí)電流不同是為零,就是CCM模式。而如果存在初、次級(jí)電流同時(shí)為零的狀態(tài),就是DCM模式。介于二者之間的就是CRM過渡模式。所以根據(jù)這個(gè)我們從波形圖中可以看到,當(dāng)MOS開通時(shí),次級(jí)電流還沒有降到零。而MOS開通時(shí),初級(jí)電流并不是從零開始上升,故而,這個(gè)例子中的電路是工作在CCM模式的。我們說(shuō)過,CCM模式是能量不完全轉(zhuǎn)移的。也就是說(shuō),儲(chǔ)存在磁芯中的能量是沒有完全釋放的。但進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后,每周期MOS開通時(shí)新增儲(chǔ)存能量是完全釋放到次級(jí)的。否則磁芯會(huì)飽和的。

在上面的電路中,如果我們?cè)龃筝敵鲐?fù)載的阻值,降低輸出電流,可以是電路工作模式進(jìn)入到DCM狀態(tài)。為了使輸出電壓保持不變,MOS的驅(qū)動(dòng)占空比要降低一點(diǎn)。其他參數(shù)保持不變。

 

同樣,設(shè)定瞬態(tài)掃描,時(shí)間10ms,步長(zhǎng)10ns,看看穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形吧:

 

t0時(shí)刻,MOS開通,初級(jí)電流線性上升。
t1時(shí)刻,MOS關(guān)斷,初級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)耦合到次級(jí)向輸出電容轉(zhuǎn)移能量。漏感在MOS上產(chǎn)生電壓尖峰。輸出電壓通過繞組耦合,按照匝比關(guān)系反射到初級(jí)。這些和CCM模式時(shí)是一樣的。這一狀態(tài)維持到t2時(shí)刻結(jié)束。
t2時(shí)刻,次級(jí)二極管電流,也就是次級(jí)電感電流降到了零。這意味著磁芯中的能量已經(jīng)完全釋放了。那么因?yàn)槎?jí)管電流降到了零,二極管也就自動(dòng)截止了,次級(jí)相當(dāng)于開路狀態(tài),輸出電壓不再反射回初級(jí)了。由于此時(shí)MOS的Vds電壓高于輸入電壓,所以在電壓差的作用下,MOS的結(jié)電容和初級(jí)電感發(fā)生諧振。諧振電流給MOS的結(jié)電容放電。Vds電壓開始下降,經(jīng)過1/4之一個(gè)諧振周期后又開始上升。由于RCD箝位電路的存在,這個(gè)振蕩是個(gè)阻尼振蕩,幅度越來(lái)越小。
t2到t3時(shí)刻,變壓器是不向輸出電容輸送能量的。輸出完全靠輸出的儲(chǔ)能電容來(lái)維持。
t3時(shí)刻,MOS再次開通,由于這之前磁芯能量已經(jīng)完全釋放,電感電流為零。所以初級(jí)的電流是從零開始上升的。

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2010-08-13 15:53
@讓你記得我的好
在上面的電路中,如果我們?cè)龃筝敵鲐?fù)載的阻值,降低輸出電流,可以是電路工作模式進(jìn)入到DCM狀態(tài)。為了使輸出電壓保持不變,MOS的驅(qū)動(dòng)占空比要降低一點(diǎn)。其他參數(shù)保持不變。[圖片] 同樣,設(shè)定瞬態(tài)掃描,時(shí)間10ms,步長(zhǎng)10ns,看看穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形吧:[圖片] t0時(shí)刻,MOS開通,初級(jí)電流線性上升。t1時(shí)刻,MOS關(guān)斷,初級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)耦合到次級(jí)向輸出電容轉(zhuǎn)移能量。漏感在MOS上產(chǎn)生電壓尖峰。輸出電壓通過繞組耦合,按照匝比關(guān)系反射到初級(jí)。這些和CCM模式時(shí)是一樣的。這一狀態(tài)維持到t2時(shí)刻結(jié)束。t2時(shí)刻,次級(jí)二極管電流,也就是次級(jí)電感電流降到了零。這意味著磁芯中的能量已經(jīng)完全釋放了。那么因?yàn)槎?jí)管電流降到了零,二極管也就自動(dòng)截止了,次級(jí)相當(dāng)于開路狀態(tài),輸出電壓不再反射回初級(jí)了。由于此時(shí)MOS的Vds電壓高于輸入電壓,所以在電壓差的作用下,MOS的結(jié)電容和初級(jí)電感發(fā)生諧振。諧振電流給MOS的結(jié)電容放電。Vds電壓開始下降,經(jīng)過1/4之一個(gè)諧振周期后又開始上升。由于RCD箝位電路的存在,這個(gè)振蕩是個(gè)阻尼振蕩,幅度越來(lái)越小。t2到t3時(shí)刻,變壓器是不向輸出電容輸送能量的。輸出完全靠輸出的儲(chǔ)能電容來(lái)維持。t3時(shí)刻,MOS再次開通,由于這之前磁芯能量已經(jīng)完全釋放,電感電流為零。所以初級(jí)的電流是從零開始上升的。

從CCM模式和DCM模式的波形中我們可以看到二者波形的區(qū)別:

1,變壓器初級(jí)電流,CCM模式是梯形波,而DCM模式是三角波。

2,次級(jí)整流管電流波形,CCM模式是梯形波,DCM模式是三角波。

3,MOS的Vds波形,CCM模式,在下一個(gè)周期開通前,Vds一直維持在Vin+Vf的平臺(tái)上。而DCM模式,在下一個(gè)周期開通前,Vds會(huì)從Vin+Vf這個(gè)平臺(tái)降下來(lái)發(fā)生阻尼振蕩。

所以,只要有示波器,我們就可以很容易從波形上看出來(lái)反激電源是工作在CCM還是DCM狀態(tài)。

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2010-08-13 16:00
@讓你記得我的好
在上面的電路中,如果我們?cè)龃筝敵鲐?fù)載的阻值,降低輸出電流,可以是電路工作模式進(jìn)入到DCM狀態(tài)。為了使輸出電壓保持不變,MOS的驅(qū)動(dòng)占空比要降低一點(diǎn)。其他參數(shù)保持不變。[圖片] 同樣,設(shè)定瞬態(tài)掃描,時(shí)間10ms,步長(zhǎng)10ns,看看穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形吧:[圖片] t0時(shí)刻,MOS開通,初級(jí)電流線性上升。t1時(shí)刻,MOS關(guān)斷,初級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)耦合到次級(jí)向輸出電容轉(zhuǎn)移能量。漏感在MOS上產(chǎn)生電壓尖峰。輸出電壓通過繞組耦合,按照匝比關(guān)系反射到初級(jí)。這些和CCM模式時(shí)是一樣的。這一狀態(tài)維持到t2時(shí)刻結(jié)束。t2時(shí)刻,次級(jí)二極管電流,也就是次級(jí)電感電流降到了零。這意味著磁芯中的能量已經(jīng)完全釋放了。那么因?yàn)槎?jí)管電流降到了零,二極管也就自動(dòng)截止了,次級(jí)相當(dāng)于開路狀態(tài),輸出電壓不再反射回初級(jí)了。由于此時(shí)MOS的Vds電壓高于輸入電壓,所以在電壓差的作用下,MOS的結(jié)電容和初級(jí)電感發(fā)生諧振。諧振電流給MOS的結(jié)電容放電。Vds電壓開始下降,經(jīng)過1/4之一個(gè)諧振周期后又開始上升。由于RCD箝位電路的存在,這個(gè)振蕩是個(gè)阻尼振蕩,幅度越來(lái)越小。t2到t3時(shí)刻,變壓器是不向輸出電容輸送能量的。輸出完全靠輸出的儲(chǔ)能電容來(lái)維持。t3時(shí)刻,MOS再次開通,由于這之前磁芯能量已經(jīng)完全釋放,電感電流為零。所以初級(jí)的電流是從零開始上升的。

另外,從DCM的工作波形上,我們也可以得到一些有意義的提示。

例如,假如我們控制使次級(jí)繞組電流降到零的瞬間,開通MOS進(jìn)入下一個(gè)周期。這樣可以有效利用占空比,降低初級(jí)電流峰值和RMS值。

這種工作方式就是叫做CRM方式??梢杂米冾l帶電流過零檢測(cè)的IC來(lái)控制。例如L6561\MC34262等。

還有一種方式,就是次級(jí)電流過零后,MOS結(jié)電容和初級(jí)電感諧振放電,我們假如讓MOS在Vds降到最低點(diǎn)的時(shí)候開通,那么可以有效降低容性開通造成的能量損失。這種就是前面提到過的QR準(zhǔn)諧振模式。這樣的控制IC現(xiàn)在也有很多。歡迎知道的朋友補(bǔ)充。

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moses2002cn
LV.5
26
2010-08-13 17:46
果斷MARK
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gaohq
LV.8
27
2010-08-13 19:48
@讓你記得我的好
下面先讓我們仿真一下反激flyback電路的工作過程。在使用耦合電感仿真的時(shí)候,我們需要知道saber中,耦合電感怎么用。簡(jiǎn)單的辦法,就是選擇一個(gè)理想的線性變壓器,然后設(shè)置其電感量來(lái)仿真。還有一個(gè)辦法,就是利用耦合電感K這個(gè)模型來(lái)仿真。感興趣的,可以先看一下這個(gè)帖子:SABER中耦合電感的運(yùn)用下圖是我們用來(lái)仿真的電路圖,為了讓大家能看到元件參數(shù)的設(shè)置,我把所有元件的關(guān)鍵參數(shù)都顯示出來(lái)了。還有,因?yàn)榉抡娴男枰?,我把輸入和輸出共地,?shí)際電路當(dāng)然是隔離的。[圖片] 細(xì)心的朋友可能會(huì)注意到,變壓器的初級(jí)電感量是202uH,參與耦合的卻只有200uH,那么有2uH是漏感。次級(jí)是50uH,沒有漏感。變壓器的電感比是200:50,那么意味著變壓器的匝比NP/NS=2:1設(shè)定瞬態(tài)掃描,時(shí)間10ms,步長(zhǎng)10ns,看看穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形吧:[圖片] 下面先簡(jiǎn)單敘述其工作原理:t0時(shí)刻,MOS開通。變壓器初級(jí)電流在輸入電壓的作用下,線性上升,上升速率為Vin/l1。變壓器初級(jí)電壓感應(yīng)到次級(jí),整流二極管反向截止。二極管承受反壓為Vin/(NP/NS)+Vout。t1時(shí)刻,MOS關(guān)斷。變壓器初級(jí)電流被強(qiáng)制關(guān)斷。我們知道電感電流是不能突變的,而現(xiàn)在MOS要強(qiáng)制關(guān)斷初級(jí)電流,那么初級(jí)電感就會(huì)在MOS關(guān)斷過程中,在初級(jí)側(cè)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,我們知道,這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在原理圖中是下正上負(fù)的。這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過變壓器的繞組耦合到次級(jí),由于次級(jí)的同名端和初級(jí)是反的。所以次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是上正下負(fù)。當(dāng)次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到輸出電壓時(shí),次級(jí)整流二極管導(dǎo)通。初級(jí)電感在MOS開通時(shí)儲(chǔ)存的能量,通過磁芯耦合到次級(jí)電感,然后通過次級(jí)線圈釋放到次級(jí)輸出電容中。在向輸出電容中轉(zhuǎn)移能量的過程中,由于次級(jí)輸出電容容量很大,電壓基本不變,所以次級(jí)電壓被箝位在輸出電壓Vout,那么因?yàn)榇判纠@組電壓是按匝數(shù)的比例關(guān)系,所以此時(shí)初級(jí)側(cè)的電壓也被箝位在Vout/(NS/NP),這里為了簡(jiǎn)化分析,我們忽略了二極管的正向?qū)▔航怠,F(xiàn)在我們引入一個(gè)非常重要的概念,反射電壓Vf。反射電壓Vf就是次級(jí)繞組在向次級(jí)整流后的輸出電容轉(zhuǎn)移能量時(shí),把次級(jí)輸出電壓按照初次級(jí)繞組的匝數(shù)比關(guān)系反射到初級(jí)側(cè)繞組的電壓,數(shù)值為:Vf=(Vout+Vd)/(NS/NP),式中,Vd是二極管的正向?qū)▔航?。在本例中,Vout約為20V,Vd約為1V,NP/NS=2,那么反射電壓約為42V。從波形圖上可以證實(shí)這一點(diǎn)。那么我們從原理圖上可以知道,此時(shí)MOS的承受的電壓為Vin+Vf。也有朋友注意到了,在MOS關(guān)斷的時(shí)候,Vds的波形顯示,MOS上的電壓遠(yuǎn)超過Vin+Vf!這是怎么回事呢?這是因?yàn)?,我們的這個(gè)例子中,變壓器的初級(jí)有漏感。漏感的能量是不會(huì)通過磁芯耦合到次級(jí)的。那么MOS關(guān)斷過程中,漏感電流也是不能突變的。漏感的電流變化也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因?yàn)闊o(wú)法被次級(jí)耦合而箝位,電壓會(huì)沖的很高。那么為了避免MOS被電壓擊穿而損壞,所以我們?cè)诔跫?jí)側(cè)加了一個(gè)RCD吸收緩沖電路,把漏感能量先儲(chǔ)存在電容里,然后通過R消耗掉。當(dāng)然,這個(gè)R不僅消耗漏感能量。因?yàn)樵贛OS關(guān)斷時(shí),所有繞組都共享磁芯中儲(chǔ)存的能量。其實(shí),留意看看,初級(jí)配上RCD吸收電路,和次級(jí)整流濾波后帶一個(gè)電阻負(fù)載,電路結(jié)構(gòu)完全是相同的。故而初級(jí)側(cè)這時(shí)候也像一個(gè)輸出繞組似的,只不過輸出的電壓是Vf,那么Vf也會(huì)在RCD吸收回路的R上產(chǎn)生功率。因此,初級(jí)側(cè)的RCD吸收回路的R不要取值太小,以避免Vf在其上消耗過多的能量而降低效率。t3時(shí)刻,MOS再次開通,開始下一個(gè)周期。那么現(xiàn)在有一個(gè)問題。在一個(gè)工組周期中,我們看到,初級(jí)電感電流隨著MOS的關(guān)斷是被強(qiáng)制關(guān)斷的。在MOS關(guān)斷期間,初級(jí)電感電流為0,電流是不連續(xù)的。那么,是不是我們的這個(gè)電路是工作在DCM狀態(tài)的呢?非也非也,在flyback電路中,CCM和DCM的判斷,不是按照初級(jí)電流是否連續(xù)來(lái)判斷的。而是根據(jù)初、次級(jí)的電流合成來(lái)判斷的。只要初、次級(jí)電流不同是為零,就是CCM模式。而如果存在初、次級(jí)電流同時(shí)為零的狀態(tài),就是DCM模式。介于二者之間的就是CRM過渡模式。所以根據(jù)這個(gè)我們從波形圖中可以看到,當(dāng)MOS開通時(shí),次級(jí)電流還沒有降到零。而MOS開通時(shí),初級(jí)電流并不是從零開始上升,故而,這個(gè)例子中的電路是工作在CCM模式的。我們說(shuō)過,CCM模式是能量不完全轉(zhuǎn)移的。也就是說(shuō),儲(chǔ)存在磁芯中的能量是沒有完全釋放的。但進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后,每周期MOS開通時(shí)新增儲(chǔ)存能量是完全釋放到次級(jí)的。否則磁芯會(huì)飽和的。

精彩,遺憾的是沒有參數(shù)推導(dǎo)過程,不知后續(xù)會(huì)不會(huì)有?

從文件中看出如下參數(shù):

1.Vin = 100V

2.Vout = 200V

3.D = 0.3

4.n = Np/Ns = 4

5.Vf(有的書上稱 Vor)  ,暫未知。

6.Vd = 1V

我不知 這D,n 的推導(dǎo)的先后順序,我來(lái)試推一下。(假設(shè)在臨界模式,Ton +Toff = T)

根據(jù)伏秒積平衡 Vin *Ton = Vf * TOFF  得到Vf = 100 * 0.3 / 0.7 = 42.8V  (好多書上都是先自己定個(gè) Vf 值再來(lái)推 D 的。) 到此糾結(jié)了,Vf = 42.8V 那此時(shí)L2上(變壓器次級(jí))的電壓只有 4* Vf = 171V 啊,離Vout = 200V 遠(yuǎn)。

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taokaisheng
LV.4
28
2010-08-13 20:12
@讓你記得我的好
先列提綱1,反激電路是由buck-boost拓?fù)溲葑兌鴣?lái),先分析一下buck-boost電路的工作過程。[圖片] [圖片]  工作時(shí)序說(shuō)明:t0時(shí)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線性上升。t1時(shí)刻,Q1關(guān)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(shí)刻,Q1開通,開始一個(gè)新的周期。從上面的波形圖中,我們可以看到,在整個(gè)工作周期中,電感L1的電流都沒有到零。所以,這個(gè)工作模式是電流連續(xù)的CCM模式,又叫做能量不完全轉(zhuǎn)移模式。因?yàn)殡姼兄械膬?chǔ)能沒有完全釋放。從工作過程我們也可以知道,這個(gè)拓?fù)淠芰總鬟f的方式是,在MOS管開通時(shí),向電感中儲(chǔ)存能量,MOS管關(guān)斷時(shí),電感向輸出電容釋放能量。MOS管不直接向負(fù)載傳遞能量。整個(gè)能量傳遞過程是先儲(chǔ)存再釋放的過程。整個(gè)電路的輸出能力,取決于電感的儲(chǔ)存能力。我們還要注意到,根據(jù)電流流動(dòng)的方向,可以判斷出,在輸入輸出共地的情況下,輸出的電壓是負(fù)電壓。MOS管開通時(shí),電感L1承受的是輸入電壓,MOS關(guān)斷時(shí),電感L1承受的是輸出電壓。那么,在穩(wěn)態(tài)時(shí),電路要保證電感不進(jìn)入飽和,必定要保證電感承受的正向和反向的伏秒積的平衡。那么:Vin×(t1-t0)=Vout×(t2-t1),假如整個(gè)工作周期為T,占空比為D,那么就是:Vin×D=Vout×(1-D)那么輸出電壓和占空比的關(guān)系就是:Vout=Vin×D/(1-D)同時(shí),我們注意看MOS管和二極管D1的電壓應(yīng)力,都是Vin+Vout另外,因?yàn)槭荂CM模式,所以從電流波形上可以看出來(lái),二極管存在反向恢復(fù)問題。MOS開通時(shí)有電流尖峰。
我看了您的圖上的驅(qū)動(dòng)mos管那塊,pwm波的正負(fù)接到mos管的G S 兩端,那按照我的驅(qū)動(dòng)電路的話(我用的3842),我應(yīng)該怎么把pwm波的負(fù)極接到s腳上呢?
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2010-08-13 23:38
@taokaisheng
我看了您的圖上的驅(qū)動(dòng)mos管那塊,pwm波的正負(fù)接到mos管的GS兩端,那按照我的驅(qū)動(dòng)電路的話(我用的3842),我應(yīng)該怎么把pwm波的負(fù)極接到s腳上呢?
先把我的帖子看完再問問題!
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2010-08-13 23:41
@gaohq
精彩,遺憾的是沒有參數(shù)推導(dǎo)過程,不知后續(xù)會(huì)不會(huì)有?從文件中看出如下參數(shù):1.Vin=100V2.Vout=200V3.D=0.34.n= Np/Ns=45.Vf(有的書上稱Vor) ,暫未知。6.Vd=1V我不知 這D,n的推導(dǎo)的先后順序,我來(lái)試推一下。(假設(shè)在臨界模式,Ton+Toff=T)根據(jù)伏秒積平衡Vin*Ton=Vf*TOFF 得到Vf=100*0.3/0.7=42.8V (好多書上都是先自己定個(gè)Vf值再來(lái)推D的。)到此糾結(jié)了,Vf=42.8V那此時(shí)L2上(變壓器次級(jí))的電壓只有4*Vf=171V啊,離Vout=200V遠(yuǎn)。

呵呵,上面的帖子,我只是用來(lái)闡述buck-boost拓?fù)浜蚮lyback電路的工作原理的。并不是變壓器的具體計(jì)算。里面的參數(shù)是我隨便取的。僅僅是用來(lái)演示仿真結(jié)果的。

后面我會(huì)詳細(xì)寫一下變壓器的計(jì)算方法的。

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lvyuanpu
LV.5
31
2010-08-14 10:12
@讓你記得我的好
上面的工作模式是電流連續(xù)的CCM模式。在原圖的基礎(chǔ)上,把電感量降低為80uH,其他參數(shù)不變,仿真看穩(wěn)態(tài)的波形如下:[圖片] t0時(shí)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(shí)刻,Q1關(guān)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(shí)刻,電感電流和二極管電流降到零。D1截止,MOS的結(jié)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(shí)刻,Q1再次開通,進(jìn)入一個(gè)新的周期。在這個(gè)工作模式中,因?yàn)殡姼须娏鲿?huì)到零,所以是電流不連續(xù)的DCM模式。有叫做能量完全轉(zhuǎn)移模式,因?yàn)殡姼兄袃?chǔ)存的能量完全轉(zhuǎn)移到了輸出端。而二極管因?yàn)橐补ぷ髟贒CM狀態(tài),所以沒有反向恢復(fù)的問題。但是我們應(yīng)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。另外需要注意的是在DCM下的伏秒積的平衡是:Vin×(t1-t0)=Vout(t2-t1)

不好意思,請(qǐng)問您在這一張圖片中,D1的電壓應(yīng)力為什么和Vds同步了啊。FET導(dǎo)通的時(shí)候,Vds好像是小的,D1的電壓應(yīng)力大。D1導(dǎo)通的時(shí)候相反,

請(qǐng)指教。

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