四北電子公司介紹如何設計高效小型化開關電源
開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。從上世紀90年代以來開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域，計算機、程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源。隨著電源技術的發(fā)展，低電壓，大電流的開關電源因其技術含量高，應用廣，越來越受到人們重視。在開關電源中，正激和反激式有著電路拓撲簡單，輸入輸出電氣隔離等優(yōu)點，廣泛應用于中小功率電源變換場合。跟反激式相比，正激式變換器變壓器銅損較低，同時，正激式電路副邊紋波電壓電流衰減比反激式明顯，因此，一般認為正激式變換器適用在低壓，大電流，功率較大的場合。
2 基本技術
2.1 有源鉗位技術
正激DC／DC變換器其固有缺點是功率晶體管截止期間高頻變壓器必須磁復位。以防變壓器鐵心飽和，因此必須采用專門的磁復位電路。通常采用的復位方式有三種，即傳統(tǒng)的附加繞組法、RCD鉗位法、有源鉗位法。三種方法各有優(yōu)缺點：磁復位繞組法正激變換器的優(yōu)點是技術成熟可靠，磁化能量可無損地回饋到直流電路中去，可是附加的磁復位繞組使變壓器結(jié)構(gòu)復雜化,變壓器漏感引起的關斷電壓尖峰需要RC緩沖電路來抑制，占空比D<0.5，功率開關管承受的電壓應力與輸入電源電壓成正比。RCD鉗位正激變換器的優(yōu)點是磁復位電路簡單，占空比D可以大于0.5，功率開關管承受電壓應力較低,但大部分磁化能量消耗在鉗位電阻中，因此它一般適用于變換效率不高且價廉的電源變換場合。有源鉗位技術是三種技術中效率最高的技術，它的電路圖如圖1所示，工作原理如圖2所示。在 DT時段之前，開關管S1導通，激磁電流iM為負，即從Cr通過S1流向Tr，在DT階段，開關管S的驅(qū)動脈沖ugs使其導通，同時ugs1=0，使S1 關斷，在Vin的作用下，激磁電流由負變正，原邊功率通過變壓器傳到副邊，給輸出端電感L充電；在（1－D）T時段，ugs=0，S關斷，ugs1到來使 S1導通，iM通過S1的反并二極管向Cr充電，在Cr和Tr漏感構(gòu)成的諧振電路的作用下，iM由正變負，變壓器反向激磁。從以上分析中可以看出：有源鉗位正激變換器變壓器鐵心工作在雙向?qū)ΨQ磁化狀態(tài)，提高了鐵心利用率，鉗位電容的穩(wěn)態(tài)電壓隨開關占空比而自動調(diào)節(jié)，因而占空比可大于50％；Vo一定時，主開關、輔助開關應力隨Vin的變化不大；所以，在占空比和開關應力允許的范圍內(nèi)，能夠適應較大輸入電壓變化范圍的情況。不足之處是增加了一個管子，使得電路變得復雜。
2.2 同步整流技術
在低電壓大電流功率變換器中，若采用傳統(tǒng)的普通二極管或肖特基二極管整流由于其正向?qū)▔航荡螅ǖ蛪汗瓒䴓O管正向壓降約0.7V，肖持基二極管正向壓降約 0.45V，新型低電壓肖特基二極管可達0.32V)，整流損耗成為變換器的主要損耗，無法滿足低電壓大電流開關電源高效率,小體積的需要。
MOSFET導通時的伏安特性為一線性電阻，稱為通態(tài)電阻RDS，低壓MOSFET新器件的通態(tài)電阻很小，如：IRL3102(20V，61A)、 IRL2203S(30V,116A)、IRL3803S(30V,100A)通態(tài)電阻分別為0.013Ω、0.007Ω和0.006Ω，它們在通過 20A電流時，通態(tài)壓降不到0.3V。另外，功率MOSFET開關時間短,輸入阻抗高，這些特點使得MOSFET成為低電壓大電流功率變換器首選的整流器件。功率MOSFET是一種電壓型控制器件，它作為整流元件時，要求控制電壓與待整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，故稱為同步整流電路。圖1為典型的降壓型“同步”開關變換器電路(當電路中無SR時，為“普通”的降壓型開關變換器電路)。
2 基本技術
2.1 有源鉗位技術
正激DC／DC變換器其固有缺點是功率晶體管截止期間高頻變壓器必須磁復位。以防變壓器鐵心飽和，因此必須采用專門的磁復位電路。通常采用的復位方式有三種，即傳統(tǒng)的附加繞組法、RCD鉗位法、有源鉗位法。三種方法各有優(yōu)缺點：磁復位繞組法正激變換器的優(yōu)點是技術成熟可靠，磁化能量可無損地回饋到直流電路中去，可是附加的磁復位繞組使變壓器結(jié)構(gòu)復雜化,變壓器漏感引起的關斷電壓尖峰需要RC緩沖電路來抑制，占空比D<0.5，功率開關管承受的電壓應力與輸入電源電壓成正比。RCD鉗位正激變換器的優(yōu)點是磁復位電路簡單，占空比D可以大于0.5，功率開關管承受電壓應力較低,但大部分磁化能量消耗在鉗位電阻中，因此它一般適用于變換效率不高且價廉的電源變換場合。有源鉗位技術是三種技術中效率最高的技術，它的電路圖如圖1所示，工作原理如圖2所示。在 DT時段之前，開關管S1導通，激磁電流iM為負，即從Cr通過S1流向Tr，在DT階段，開關管S的驅(qū)動脈沖ugs使其導通，同時ugs1=0，使S1 關斷，在Vin的作用下，激磁電流由負變正，原邊功率通過變壓器傳到副邊，給輸出端電感L充電；在（1－D）T時段，ugs=0，S關斷，ugs1到來使 S1導通，iM通過S1的反并二極管向Cr充電，在Cr和Tr漏感構(gòu)成的諧振電路的作用下，iM由正變負，變壓器反向激磁。從以上分析中可以看出：有源鉗位正激變換器變壓器鐵心工作在雙向?qū)ΨQ磁化狀態(tài)，提高了鐵心利用率，鉗位電容的穩(wěn)態(tài)電壓隨開關占空比而自動調(diào)節(jié)，因而占空比可大于50％；Vo一定時，主開關、輔助開關應力隨Vin的變化不大；所以，在占空比和開關應力允許的范圍內(nèi)，能夠適應較大輸入電壓變化范圍的情況。不足之處是增加了一個管子，使得電路變得復雜。
2.2 同步整流技術
在低電壓大電流功率變換器中，若采用傳統(tǒng)的普通二極管或肖特基二極管整流由于其正向?qū)▔航荡螅ǖ蛪汗瓒䴓O管正向壓降約0.7V，肖持基二極管正向壓降約 0.45V，新型低電壓肖特基二極管可達0.32V)，整流損耗成為變換器的主要損耗，無法滿足低電壓大電流開關電源高效率,小體積的需要。
MOSFET導通時的伏安特性為一線性電阻，稱為通態(tài)電阻RDS，低壓MOSFET新器件的通態(tài)電阻很小，如：IRL3102(20V，61A)、 IRL2203S(30V,116A)、IRL3803S(30V,100A)通態(tài)電阻分別為0.013Ω、0.007Ω和0.006Ω，它們在通過 20A電流時，通態(tài)壓降不到0.3V。另外，功率MOSFET開關時間短,輸入阻抗高，這些特點使得MOSFET成為低電壓大電流功率變換器首選的整流器件。功率MOSFET是一種電壓型控制器件，它作為整流元件時，要求控制電壓與待整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，故稱為同步整流電路。圖1為典型的降壓型“同步”開關變換器電路(當電路中無SR時，為“普通”的降壓型開關變換器電路)。
| 【上一個】 開關電源廠家口若懸河講面向智能電網(wǎng)應用的電力大數(shù)據(jù)關鍵技術 | 【下一個】 四北電子解析開關電源環(huán)路穩(wěn)定的試驗方法 |
| ^ 四北電子公司介紹如何設計高效小型化開關電源 |