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正反激組合電路設計探討

正激變壓器工作時只起變比的作用還需專門的去磁電路,反激變壓器本身就是利用“去磁”工作的,所以正激、反激電路組合起來將會產生一種功率密度更大、成本更低的電路來。實際情況正反激組合電路應用的并不是很廣,列舉其中兩種進行分析:

正反激組合電路圖

                                            1兩種正反激組合電路

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hylylx
LV.9
2
2019-10-14 10:59
插樓
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2019-10-14 13:34

第一種電路如圖1(a),根據正激、反激的臨界增益特性曲線繪圖如下:

                                        正激、反激增益曲線對比

如圖2所示,在相同占空比下反激的臨界曲線位于正激之上,說明正激電路始終工作于DCM模式無論參數如何設置。一般正激電路希望工作在CCM模式所以選用圖1(b)這種電路通過改變匝比來實現正激電路的CCM模式:

                                       3 不同匝比增益曲線對比

如圖3如果將正激的次級匝數設為反激的2倍則在占空0.5以下可實現反激DCM正激CCM

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2019-10-14 15:02
@boy59
第一種電路如圖1(a),根據正激、反激的臨界增益特性曲線繪圖如下:[圖片]                      圖2 正激、反激增益曲線對比如圖2所示,在相同占空比下反激的臨界曲線位于正激之上,說明正激電路始終工作于DCM模式無論參數如何設置。一般正激電路希望工作在CCM模式所以選用圖1(b)這種電路通過改變匝比來實現正激電路的CCM模式:[圖片]                      圖3不同匝比增益曲線對比如圖3如果將正激的次級匝數設為反激的2倍則在占空0.5以下可實現反激DCM正激CCM。

正激、反激兩種電路組合到一起后二者的特性也會被保留了下來,CCM的正激決定了輸出電壓,輸出電壓及反激匝比決定了反射電壓,相對于普通反激這種組合式電路的反射電壓更高(圖3例子中為2倍關系),想要降反射電壓只能降低占空比見下圖:

                               4 占空比與匝比及反射電壓的關系

4中最大占空比設置為0.5時反射電壓=輸入電壓=300V,預設反射電壓為100V則最大占空比不能超過0.25(其中kfb表示正激的次級匝數與反激的次級匝數之比)。

反射電壓的設置可以參考下圖:

                 5 鉗位電壓、反射電壓之比與漏感損耗的關系

一般參考資料會建議鉗位電壓與反射電壓之比>1.3倍,如果取1.3MOS管的Vds=Vin+(1+1.3)*Vor=300+230=530(適用600VMOS管),但在正反激應用中取Vor=100V時最大占空比不能超過0.25,估計這個原因限制了這種正反激電路的應用。

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love-
LV.4
5
2019-10-14 20:34
@boy59
正激、反激兩種電路組合到一起后二者的特性也會被保留了下來,CCM的正激決定了輸出電壓,輸出電壓及反激匝比決定了反射電壓,相對于普通反激這種組合式電路的反射電壓更高(圖3例子中為2倍關系),想要降反射電壓只能降低占空比見下圖:[圖片]                              圖4占空比與匝比及反射電壓的關系圖4中最大占空比設置為0.5時反射電壓=輸入電壓=300V,預設反射電壓為100V則最大占空比不能超過0.25(其中kfb表示正激的次級匝數與反激的次級匝數之比)。反射電壓的設置可以參考下圖:[圖片]           圖5鉗位電壓、反射電壓之比與漏感損耗的關系一般參考資料會建議鉗位電壓與反射電壓之比>1.3倍,如果取1.3則MOS管的Vds=Vin+(1+1.3)*Vor=300+230=530(適用600V的MOS管),但在正反激應用中取Vor=100V時最大占空比不能超過0.25,估計這個原因限制了這種正反激電路的應用。
初級總是有漏感的,為了場管安全吸收回路終歸是免不了,次級又多了繞組和電感,所以成本又低在哪?而效率又不見占優,這個拓樸能有什么前途
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2019-10-14 21:40
@love-
初級總是有漏感的,為了場管安全吸收回路終歸是免不了,次級又多了繞組和電感,所以成本又低在哪?而效率又不見占優,這個拓樸能有什么前途[圖片]
這種拓撲相當于一個正激+一個反激同時工作,次級多繞組和電感并不會增加成本(正激+反激的成本),反而利用反激的去磁省掉了正激初級側的復位線圈從而降低了成本(正激的勵磁電感也就是反激電感不需要設置的很大)。漏感的吸收是另一回事,硬開關拓撲都需要加吸收回路。
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2019-10-14 21:42
@boy59
正激、反激兩種電路組合到一起后二者的特性也會被保留了下來,CCM的正激決定了輸出電壓,輸出電壓及反激匝比決定了反射電壓,相對于普通反激這種組合式電路的反射電壓更高(圖3例子中為2倍關系),想要降反射電壓只能降低占空比見下圖:[圖片]                              圖4占空比與匝比及反射電壓的關系圖4中最大占空比設置為0.5時反射電壓=輸入電壓=300V,預設反射電壓為100V則最大占空比不能超過0.25(其中kfb表示正激的次級匝數與反激的次級匝數之比)。反射電壓的設置可以參考下圖:[圖片]           圖5鉗位電壓、反射電壓之比與漏感損耗的關系一般參考資料會建議鉗位電壓與反射電壓之比>1.3倍,如果取1.3則MOS管的Vds=Vin+(1+1.3)*Vor=300+230=530(適用600V的MOS管),但在正反激應用中取Vor=100V時最大占空比不能超過0.25,估計這個原因限制了這種正反激電路的應用。

問題放到后面再解決,先分析電感量的設計。勵磁電感和續流電感的大小將會影響正激和反激在電路所占的功率份額。

反激電路因工作于DCM模式所以只要知道占空比和開關周期就能列出感量與能量的關系,再由總功率減去反激功率得出正激電路所需處理的功率,最后由電流紋波率算出續流電感的大小,具體計算過程如下:

 

分別取反激功率比重20%40%50%繪制出電流波形如下:

 

                                        6 不同比例的正、反激電流波形

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anco
LV.4
8
2019-10-15 09:22
@boy59
問題放到后面再解決,先分析電感量的設計。勵磁電感和續流電感的大小將會影響正激和反激在電路所占的功率份額。反激電路因工作于DCM模式所以只要知道占空比和開關周期就能列出感量與能量的關系,再由總功率減去反激功率得出正激電路所需處理的功率,最后由電流紋波率算出續流電感的大小,具體計算過程如下:[圖片] 分別取反激功率比重20%,40%,50%繪制出電流波形如下:[圖片]                                         圖6不同比例的正、反激電流波形
坐等更新,好好學習才能天天向上。
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2019-10-15 11:20
@boy59
問題放到后面再解決,先分析電感量的設計。勵磁電感和續流電感的大小將會影響正激和反激在電路所占的功率份額。反激電路因工作于DCM模式所以只要知道占空比和開關周期就能列出感量與能量的關系,再由總功率減去反激功率得出正激電路所需處理的功率,最后由電流紋波率算出續流電感的大小,具體計算過程如下:[圖片] 分別取反激功率比重20%,40%,50%繪制出電流波形如下:[圖片]                                         圖6不同比例的正、反激電流波形

可以結合圖1(a)(b)兩個電路使正、反激共用輸出繞組以提高線圈的利用率(正激、反激分時復用)。

                        7正、反激共用輸出繞組電路

7電路多用了一個續流二極管,如果占空比大于50%可以省掉這個二極管,是否還有其它結構能少用二極管的?

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2019-10-18 09:38

之前討論的正反激組合電路是輸出并聯組合,還有一種是輸出串聯組合的,仿真發現這種串聯組合不僅可以正激、反激同時工作于CCM模式并且正激電路可以省去續流二極管,電路如下:

                               2-1 輸出串聯正、反激組合電路

為方便分析初級采用雙管驅動(鉗位電壓等于輸入電壓)。

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2019-10-18 09:54
@boy59
之前討論的正反激組合電路是輸出并聯組合,還有一種是輸出串聯組合的,仿真發現這種串聯組合不僅可以正激、反激同時工作于CCM模式并且正激電路可以省去續流二極管,電路如下:[圖片]                圖2-1輸出串聯正、反激組合電路為方便分析初級采用雙管驅動(鉗位電壓等于輸入電壓)。

不同參數下的電流波形如下,其中右圖是加有續流二極管的:

                                2-2 串流模式不同參數下的電流波形

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2019-10-18 13:21
@boy59
不同參數下的電流波形如下,其中右圖是加有續流二極管的:[圖片]                               圖2-2串流模式不同參數下的電流波形

這種輸出正反激串聯組合電路的等效電路如下:

                                   2-3 輸出正反激串聯組合等效電路

為簡化分析變壓器的匝比設置為1:1,其中黃色的二極管在不同設計參數下有選擇的使用。

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2019-10-21 14:49
@boy59
這種輸出正反激串聯組合電路的等效電路如下:[圖片]                                  圖2-3輸出正反激串聯組合等效電路為簡化分析變壓器的匝比設置為1:1,其中黃色的二極管在不同設計參數下有選擇的使用。

從圖2-2可見輸出串聯的正反激組合電路在CCM模式下也分為兩種情況,

第一種情況,

                                       2-4-1 情況1勵磁電流大于續流電流

對應的電流波形如下:

                          2-4-2 情況1電流波形

上圖中三個區域分別對應圖2-4-1中的三個電路。

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2019-10-21 15:16
@boy59
從圖2-2可見輸出串聯的正反激組合電路在CCM模式下也分為兩種情況,第一種情況,[圖片]                     圖2-4-1情況1勵磁電流大于續流電流對應的電流波形如下:[圖片]                         圖2-4-2情況1電流波形上圖中三個區域分別對應圖2-4-1中的三個電路。

第二種情況,

                             2-4-3 情況2勵磁電流小于續流電流

對應的電流波形如下:

                          2-4-4情況2電流波形

同樣三個區域對應圖2-4-3的三個電路。

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2019-10-21 16:19
@boy59
第二種情況,[圖片]                            圖2-4-3情況2勵磁電流小于續流電流對應的電流波形如下:[圖片]                         圖2-4-4情況2電流波形同樣三個區域對應圖2-4-3的三個電路。

功率、輸出電壓和電路參數不變,占空比分別為0.150.250.35時的電流波形如下(Lm=400uH,Lo=200uH):

                            2-4-5 恒功等壓輸出不同占空比電流波形

如圖所示兩種工作狀態之間有個過渡狀態(或稱臨界狀態),臨界占空比與兩個電感的比值有關:

                       2-4-6 臨界占空比與電感的關系

進一步得出了包含三種工作狀態的直流增益特性曲線:

                   2-4-7 輸出串聯正反激直流增益特性曲線

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2019-10-23 20:54
@boy59
功率、輸出電壓和電路參數不變,占空比分別為0.15、0.25、0.35時的電流波形如下(Lm=400uH,Lo=200uH):[圖片]                           圖2-4-5恒功等壓輸出不同占空比電流波形如圖所示兩種工作狀態之間有個過渡狀態(或稱臨界狀態),臨界占空比與兩個電感的比值有關:[圖片]                      圖2-4-6臨界占空比與電感的關系進一步得出了包含三種工作狀態的直流增益特性曲線:[圖片]                  圖2-4-7輸出串聯正反激直流增益特性曲線

方程經整理簡化后得到臨界占空比方程:

 

直流增益包含兩部分,在臨界占空比處切換,方程如下:

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2020-09-03 22:01
@boy59
方程經整理簡化后得到臨界占空比方程:[圖片] 直流增益包含兩部分,在臨界占空比處切換,方程如下:[圖片]
,mathcad源文件可否分享,謝謝
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2020-09-04 06:52
支持高手一下!
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2020-09-05 16:06
@boy59
從圖2-2可見輸出串聯的正反激組合電路在CCM模式下也分為兩種情況,第一種情況,[圖片]                     圖2-4-1情況1勵磁電流大于續流電流對應的電流波形如下:[圖片]                         圖2-4-2情況1電流波形上圖中三個區域分別對應圖2-4-1中的三個電路。
這種方案在MOS管關斷時,正激繞組續流電流會耦合到原邊,使得關斷時MOS管的應力尖峰很高。
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2020-09-05 20:26
@boy59
之前討論的正反激組合電路是輸出并聯組合,還有一種是輸出串聯組合的,仿真發現這種串聯組合不僅可以正激、反激同時工作于CCM模式并且正激電路可以省去續流二極管,電路如下:[圖片]                圖2-1輸出串聯正、反激組合電路為方便分析初級采用雙管驅動(鉗位電壓等于輸入電壓)。
不會的
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2020-09-06 11:22
@Charles〃hy
,mathcad源文件可否分享,謝謝

/upload/community/2020/09/06/1599362438-67236.rar

文件有點亂、也沒整理,湊合著看。

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