反激式開關(guān)電源設(shè)計詳解(下)_圖文

1、電子科技大學(xué) 楊忠孝(下反激開關(guān)電源特點優(yōu)點成本低,外圍元件少,低耗能,可設(shè)置多組輸出。缺點輸出紋波比較大。彌補缺陷的方法輸出加低內(nèi)阻濾波電容或加LC噪聲濾波器可以改善電動自行車電源電路原理圖 次級側(cè)電路原理圖 次級整流二極管的選型為了降低輸出整流損耗,次級整流二極管一般選用肖特基二極管,肖特基二極管有較低的正向?qū)▔航礦f,能通過較大的電流。輸出整流二極管的耐壓值二極管的平均電流值二極管的峰值電流值次級整流管的熱設(shè)計二極管的熱損耗包括正向?qū)〒p耗、反向漏電流損耗及恢復(fù)損耗。因為選用的是肖特基二極管,反向恢復(fù)時間短和漏電流比較小,可忽略不記。二極管的PN結(jié)對環(huán)境的熱阻可以通過DATASHEET

2、查得Rthjc=1.2°C/WTj=Rthjc*Vf*Id_rms+TaTa為工作的環(huán)境溫度Tj為二極管工作溫度理論值Vf表示二極管的正向?qū)▔航礗d_rms表示通過二極管的平均電流吸收的本質(zhì),什么是吸收?在拓?fù)潆娐返脑蜕鲜菦]有吸收回路的,實際電路中都有吸收,由此可以看出吸收是工程上的需要,不是拓?fù)湫枰Ｎ找话愣际呛碗姼杏嘘P(guān),這個電感不是指拓?fù)渲械母行栽?而是指諸如變壓器漏感、布線雜散電感。吸收是針對電壓尖峰而言,電壓尖峰從何而來?電壓尖峰的本質(zhì)是什么?電壓尖峰的本質(zhì)是一個對結(jié)電容的dv/dt充放電過程,而dv/dt是由電感電流的瞬變(di/dt引起的,所以,降低di/dt或者

3、dv/dt的任何措施都可以降低電壓尖峰,這就是吸收。吸收的作用?1、降低尖峰電壓2、緩沖尖峰電流3、降低di/dt和dv/dt,即改善EMI品質(zhì)4、減低開關(guān)損耗,即實現(xiàn)某種程度的軟開關(guān)。5、提高效率。提高效率是相對而言的,若取值不合理不但不能提高效率,弄不好還可能降低效率。RC吸收的特點:1、雙向吸收。一個典型的被吸收電壓波形中包括上升沿、上升沿過沖、下降沿這三部分,RC吸收回路在這三各過程中都會產(chǎn)生吸收功率。通常情況下我們只希望對上升沿過沖實施吸收。因此這意味著RC吸收效率不高。2、不能完全吸收。這并不是說RC吸收不能完全吸收掉上升沿過沖,只是說這樣做付出的代價太大。因此RC吸收最好給定一個

4、合適的吸收指標(biāo),不要指望它能夠把尖峰完全吸收掉。3、RC吸收是能量的單向轉(zhuǎn)移,就地將吸收的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。盡管如此,這并不能說損耗增加了,在很多情況下,吸收電阻的發(fā)熱增加了,與電路中另外某個器件的發(fā)熱減少是相對應(yīng)的,總效率不一定下降。設(shè)計得當(dāng)?shù)腞C吸收,在降低電壓尖峰的同時也有可能提高效率。吸收的誤區(qū)1、Buck續(xù)流二極管反壓尖峰超標(biāo),就拼命的在二極管兩端加RC吸收。這個方法卻是錯誤的。為什么?因為這個反壓尖峰并不是二極管引起的,盡管表現(xiàn)是在這里。這時只要加強MOS管的吸收或者采取其他適當(dāng)?shù)拇胧?這個尖峰就會消失或者削弱。2、副邊二極管反壓尖峰超標(biāo),就在這個二極管上拼命吸收。這種方法也是錯誤的

5、,原因很清楚,副邊二極管反壓尖峰超標(biāo)都是漏感惹的禍,正確的方法是處理漏感能量。3、反激MOS反壓超標(biāo),就在MOS上拼命吸收。這種方法也是錯誤的。如果是漏感尖峰,或許吸收能夠解決問題。如果是反射電壓引起的,吸收不但不能能夠解決問題的,效率還會低得一塌糊涂,因為你改變了拓?fù)洹lient DNS serverClient Client2. 配置步驟1、先不加RC,用容抗比較低的電壓探頭測出原始的震蕩頻率.此震蕩是有LC 形成的,L主要是變壓器次級漏感和布線的電感和輸出電容, C主要是二極管結(jié)電容和變壓器次級的雜散電容。2、測出原始震蕩頻率后, 可以試著在二極管上面加電容,直到震蕩頻率變?yōu)樵瓉淼?/

6、2.則原來震蕩的C值為所加電容的1/3,知道了C 就可以算R值了, R=2fL=1/(2fC。把R 加到所加C上,震蕩就可以大大衰減。這時再適當(dāng)調(diào)整C值的大小,直到震蕩基本被抑制。吸收電路測試經(jīng)驗總結(jié):一、吸收電容C的影響1、并非吸收越多損耗越大,適當(dāng)?shù)奈沼幸粋€效率最高點。2、吸收電容C的大小與吸收功率(R的損耗呈正比關(guān)系。即:吸收功率基本上由吸收電容決定。二、吸收電阻R的影響1、吸收電阻的阻值對吸收效果干系重大,影響明顯。2、吸收電阻的阻值對吸收功率影響不大,即:吸收功率主要由吸收電容決定。 z選擇DHCP為“啟用”。z單擊<應(yīng)用>按鈕完成操作。z單擊“DHCP接口設(shè)置”頁簽,

7、進(jìn)行如下配置,如圖1-13所示。圖1-13配置DHCP靜態(tài)地址池 軟件仿真不同阻值時的波形曲線圖 次級濾波電容的計算 次級輸出電容損耗的計算 Tan(ó 代表電容的損失角正切值ESR1代表電容的內(nèi)阻Pcout代表電容的輸出損耗輸出電感的計算IL=Iout/(1-Dmax先計算出電感上電流L=(Vdcmin*Dmax/(Fs*IL*rL為電感量Vdcmin為最小的輸入直流電壓Dmax為最大占空比Fs為開關(guān)頻率IL為流經(jīng)電感的電流r為系數(shù)取值0.4反饋分壓回路反饋回路采用最常用的TL431加光耦電路。外圍元件由ZD2、R6、R15、R17、R10、R16組成。ZD2為43V 穩(wěn)壓管,因電

8、流很小,工作在反向?qū)▍^(qū)。選43V是因為TL431最大的可調(diào)節(jié)電壓是36V,為了能使用這個精密可調(diào)器件,我們必須把電壓降低到TL431可正常工作的范圍內(nèi)。R6為保證TL431死區(qū)電流的大小,輸出電壓大于7.5V時TL431死區(qū)電流可以通過光耦發(fā)光二極管的導(dǎo)通提供,因此可以不加,低于7.5V時,R6=Vout-(Vref-Vb/1mAVout表示輸出電壓;Vref表示基準(zhǔn)電壓2.5V;Vb表示管壓降0.7V。TL431中的總偏置就接近5mA,而經(jīng)驗顯示這5mA 的電流可實現(xiàn)足夠的性能,而不會犧牲待機能耗。R15=Vout/5mA.減小光耦LED串聯(lián)電阻R15并不會改變TL431的電流,因為TL4

9、31 的電流由初級端反饋電流IC 施加,通過光耦合器電流傳輸比(CTR反射在LED 中。改變R15 值會影響中帶增益,而非TL431 偏置,因為系統(tǒng)采用閉環(huán)形式工作。R17、R10、R16組成的分壓器在輸出電壓達(dá)到目的值時。R10與R17的節(jié)點電壓剛好等于431內(nèi)部參考電壓。反饋補償回路C8、C4、R19組成了431所需的回收回路補償,以便穩(wěn)定控制回路。穩(wěn)定的反饋環(huán)路對開關(guān)電源來說是非常重要的,如果沒有足夠的相位裕度和幅值裕度,電源的動態(tài)性能就會很差或者出現(xiàn)輸出振蕩。TL431 是開關(guān)電源次級反饋最常用的基準(zhǔn)和誤差放大器件,其供電方式不同對它的傳遞函數(shù)有很大的影響,很多分析資料常常忽略這一點。

10、關(guān)于補償回路會作為一節(jié)課單獨講解。輸出過壓保護(hù)電路的過壓保護(hù)分兩級1、反饋回路的保護(hù),當(dāng)電壓超出設(shè)定電壓值反饋回路會將信息反饋到PWM控制IC,來調(diào)節(jié)占空比限制輸出電壓。2、若反饋回路失效,輸出末端加穩(wěn)壓二極管,當(dāng)輸出遠(yuǎn)高出設(shè)定電壓,穩(wěn)壓二極管反向擊穿,使輸出正負(fù)極形成短路,使初級啟動短路保護(hù)或熔斷保險保護(hù)。 限流電路由R18、U5、C17、R9、R20、R21 組成。工作原理:R18為回路的電流檢測電阻,為了降低損耗,此電阻選擇時盡量的小。U5為運算放大器LM358,358內(nèi)部由兩個運放,我們將兩個運放一個做放大器,一個做比較器,將檢測電阻上的電壓值放大32.4倍后與基準(zhǔn)電壓做比較。當(dāng)運放值

11、低于基準(zhǔn)值時,比較器輸出高電平(358VCC電壓,當(dāng)運放值高于基準(zhǔn)電壓值時,比較器輸出低電平(相對于接地。比較器的輸出為低電平后,光耦和431的節(jié)點電壓會經(jīng)過二極管導(dǎo)通到地,從而改變光耦發(fā)光管的回路電流,光耦光電管根據(jù)電流的大小反饋信息到PWM芯片,PWM芯片通過反饋信息調(diào)節(jié)占空比,降低輸出電壓來維持輸出電流的大小,以此起到限流的目的。由于占空比調(diào)節(jié)的寬度有限,過低的電壓超出了變壓器正常工作的頻點,實際應(yīng)用中會出現(xiàn)變壓器嘯叫的情況,此狀況可以調(diào)節(jié)補償環(huán)路及變壓器參數(shù)可以解決。關(guān)于隔離器件光耦光耦全稱是光電耦合器,英文名字是:optical coupler,英文縮寫為OC,亦稱光電隔離器,簡稱光耦。光耦隔離就是采用光電耦合器進(jìn)行隔離,光耦合器的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于把發(fā)光二極管和光敏(三極管封裝在一起。發(fā)光二極管把輸入的電信號轉(zhuǎn)換為光信號傳給光敏管轉(zhuǎn)換為電信號輸出,由于沒有直接的電氣連接,這樣既耦合傳輸了信號,又有隔離干擾的作用。光耦合器的技術(shù)參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓V(BRCEO、集電極-發(fā)射極飽和壓降VCE(sat。光耦的參數(shù)都是什么含義?CTR:發(fā)光管的電流和光敏三極管的電流比的最小值CTR=IC/ I