高压双管反激变换器的设计

网站首页 » 新闻 » 行业动态 » 高压双管反激变换器的设计

高压双管反激变换器的设计

一、高压双管反激变换器的设计
反激变换器具有电路拓扑简单,输入输出电气隔离,电压升降范围宽,易于多路输出等优点,是辅助开关电源的理想选择。输入电压不是很高的电路,通常采取单端反激的设计方法,但输入电压较高时不适用。如三相输入380VAC,经桥式整流后为510VDC,采用单端反激电路,由于反激电压、输入电压的变化范围、输出轻载状况,开关管上承受的峰值电压将非常大,而目前市场上适合于这种高压的场效应管非常少。因此本文提出了双管反激的设计思路,用两只开关管替代单管,同时导通和关断,并在电路中采用钳位二极管,在反激过程中把开关管承受的峰值电压钳制在输入电源电压,大大降低了每个开关管上的电压应力,扩大了开关管的选择范围,也保留了反激电路的优点。这里主要介绍该电路的工作原理,控制电路的实现,关键电路参数的设计,以及设计实例和试验结果。

1 电路拓扑
本设计的电路拓扑结构如图1所示，图中，当VT1和VT2同时导通时，DC电源和变压器初级组成回路，变压器初级的电流上升，变压器的磁通密度从初始的剩余磁通Br上升到峰值Bw，并将能量存储在变压器中，这时，由于次级的二极管VD3的截止作用，使得变压器不能向次级传送能量；而当VT1和VT2同时关断的时候，由于反激的作用，变压器初级的电压反向，钳位二极管VD1和VD2导通，以把原边绕组的反激电压和开关管上的电压钳制在电源电压Vdc。此时，存储在变压器的能量一部分向副边传递，另一部分通过钳位二极管返回给电容C1和C2。因而在反激时间内，变压器的磁通密度从峰值Bw下降到剩余磁通Br。经过一段时间，VT1和VT2又同时开通，以进入下一个周期。整个电路通过连续地开关VT1和VT2，就可以得到稳定的直流输出。

由于实际电路的分布参数以及开关管VT1和VT2的属性并非完全相同，所以，VT1和VT2不是完全同时开关。当VT1先关断时，变压器初级T1、VT2 和VD2组成回路续流，而当VT2关断时，变压器储存的能量将向次级传送；同理，当VT2先关断，变压器初级T1、VT1和VD1将组成回路续流，并当 VT1关断时，变压器存储的能量向次级传送。
与一般采用单管加控制芯片的开关电源不同的是，本设计采用了上下两个MOSFET，这样做的目的一是可以降低每个开关管上承受的电压，二是两个开关管不需要采用两个控制芯片来控制，而只用一个PWM波就可以实现两个开关管的同时开通和关断。

图2所示是本设计的主电路图，图中，D1和D2主要防止由于反激电压串入DC电源引起DC电压波动，R1和R2取值相同，C1和C2的容值属性均相同，这样一方面可以平衡C1和C2上的电压，另一方面可以降低C1的C2的耐压。VT1和VT2共用一个驱动信号，故可实现同时开通和关断。 R3为采样电阻，该主电路采用的是峰值电流控制模式。VT4的作用主要是外加保护。辅助绕组的设计主要是为控制电路供电。次级整流二极管后加π型滤波器的效果要比只用电容滤波更好，R4为假负载，主要是防止开关电源的空载。R5，R6，tl431，pc817和R7共同组成反馈电路。

2 控制电路的设计
本设计采用SG6841高集成环保模式PWM控制器，该控制器采用电流模式(逐周期电流限制)的工作方式，可以实现软驱动图腾柱输出的可调控的PWM波形，其输出电压可达18 V，足以同时驱动两路MOSFET。本设计还在PWM输出端设计了一个信号耦合变压器，这样可用同一个PWM信号来控制两个MOSFET，使Q1和Q2同时开通和关断，还可以实现驱动MOSFET信号的隔离。另外，该控制器也可以提供欠压锁定和过温保护功能，当VDD小于10 V时，控制器内部将锁定，不再向外发送PWM波。
本设计采用负载绕组给控制芯片SG6841供电，从主电路可知，辅助绕组和次级绕组处在相同的工作方式下，这在设计变压器的时候只要根据次级输出就可以确定辅助绕组的设计。应当注意的是，在双管反激电路中，两个开关管中间有一个悬浮地，因而不能直接驱动，所以，这里采用变压器隔离驱动方法来使VT1和 VT2公用同一驱动信号。
图3所示是本设计的控制芯片电路及驱动电路，图中，R3接在直流电压DC端主要用来启动，当流入3脚的电流足够启动芯片的时候，芯片8脚Gate输出 PWM波，从而使主电路导通，电源开始工作。R4主要确定芯片输出PWM波的频率，R5和C5组成电流采样的匹配网路。由于芯片采用逐周峰值电流工作方式，故在初级线圈电流达到峰值时，芯片将关断PWM波，变压器向次级传送能量。

图4所示是其系统中的输入欠压和输出过压保护电路。由于本开关电源设计采用了输入过压和输入欠压保护，故当输入高于750 V或低于120V时，比较器的2脚电压值会高于2．5 V或比较器的5脚会低于2．5 V，本设计采用精密可调线性稳压器TL431来产生2．5 V的基准源，并分别给比较器的3脚和6脚供电，这样，在比较器的1脚或7脚就会产生低电平，Q5由于基级电压过低而截止，线性光耦U5的发光二极管不能发光。这时，由于Q4S接到输出储能电容上，Q4C和Q4S不能组成通路，所以，加在Q4管的GS间的电压Ugs为零，开关管Q4关断，电源不能向后面负载供电，从而实现欠压和过压保护功能。

3 电路变压器的设计
采用两个开关管串联不会影响主电路中变压器的设计，故可根据《开关电源设计指南》中相关介绍来计算变压器参数，本设计选用TDK公司的PC40EE25高频磁性材料作为铁芯，变压器的参数计算如下：

根据反激式变压器的伏秒面积相等原理可知：

式中，Ac为有效磁芯面积，单位为cm2，Bmax为最大磁通密度，单位为G(高斯Wb／cm2)。

二、双管反激电源的优势
双管反激电源较之单管反激有更多优势，同时在100W以上的应用较之其它拓朴更可靠、易生产、并低成本。
1、效率高，有PFC时可更好优化。
2、适合特高电压输入，如380V输入。
3、主开关管电压应力小。
4、无输出储能电感，并且输出纹波低
5、比普通反激更易适应100W以上功率输出。

三、双管正激和双管反激的区别主要是什么
双管只是电压应力低一点。
本质上单双管原理一样的。
磁芯工作方式不同，正激直接传递能量，但会有激磁电流，需要磁复位。
反激不能直接传递能量，是先储能再传递，没有磁复位过程，传递的时候自动复位。

四、什么是双管反激式DC/DC变换器
双管反激变换器的本质与单管反激变换器完全一样。
只是借鉴了双管正激的电路结构，将其套用在反激电路上。
双管反激与传统的单管反激电路相比优缺点与正激变换器极为相似，具体如下：
优点：1.理论上每只开关管的耐压只要不低于输入电压即可。对输入电压较高时优势明显。
2.开关管不需要RCD或TVS吸收钳位，当开关管截止时漏感能量通过二极管返回到Vin。
所以发热较少，提高效率。
缺点：1.需要两只开关管，由于增加上管及其驱动电路造成电路复杂，成本提高。
2.占空比必须严格控制在50%以内，设计灵活性降低。
如果占空比超过50%则变压器无法复位造成变换器保护。（严重时会损坏）。
鉴于上述优缺点，所以限制了双管反激变换器的应用范围。
只有输入电压很高比如800V以上时才会考虑这种电路结构。

另外还有一种双管反激变换器，这种变换器将变压器放到最上端，中间和低端各用一只中等耐压的开关管，两只开关管串联。下端开关管采用常规电路驱动，中间的开关管只需将栅极接到一个浮动的高压即可，相当于源极驱动。这种电路结构由于不需要额外的上管驱动所以应用范围更多些。这种电路占空比可以超过50%，但也需要相应的提高开关管的耐压。

桌面式电源充电器生产厂家

文章转载自网络,如有侵权,请联系删除。

| 发布时间：2017.08.23 来源：电源厂

上一个：笔记本电源适配器过热怎么办

下一个：开关电源十万个为什么

东莞市玖琪实业有限公司专业生产：电源适配器、充电器、LED驱动电源、车载充电器、开关电源等....

电源适配器

新闻分类

联系我们

高压双管反激变换器的设计

高压双管反激变换器的设计