次級控制的單端正激變換器?? 摘要:對比了初級控制的單端拓?fù)渑c次級控制的半橋拓?fù)涞漠愅?,給出了次級控制的單端正激變換器拓?fù)?。并介紹了一個由初級啟動控制器UCC3960實(shí)現(xiàn)的實(shí)際電路及其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 關(guān)鍵詞:單端正激變換;初級控制;次級控制;啟動控制器;脈沖邊緣傳輸 ?? 0??? 引言 ??? 近幾年來,隨著電子及信息產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步向小型化、智能化發(fā)展,電源在這些產(chǎn)品中的地位越來越重要。開關(guān)電源以其體積小、重量輕、效率高得到了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著電子及信息產(chǎn)品性能指標(biāo)的提高,與之配套的開關(guān)電源也出現(xiàn)了一些引人注目的變化。 ??? 新一代CPU,大規(guī)模集成電路中的邏輯電平越來越低,已從3.3V向2.5V,1.8V甚至1.5V,1.2V過渡,這就使傳統(tǒng)的次級高頻整流采用肖特基二極管方式的開關(guān)電源的效率不能適應(yīng)這一變化。雖然,同步整流技術(shù)解決了這一問題,但其驅(qū)動方式,在廣泛應(yīng)用于小功率開關(guān)電源中的,單端反激和單端正激拓?fù)渲袑?shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜。 ??? 低壓的CPU或大規(guī)模集成電路中的供電電流都很大,如果用單一電源供電,電源的成本會大大提高,系統(tǒng)的可靠性也會大大降低。最佳的方案是采用N+1冗余供電方式,這就要求單個開關(guān)電源有均流功能。在通信電源等大功率系統(tǒng)中,均流技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用,但在單端變換器組成的小功率系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)均流是有一定難度的。 ??? 電子產(chǎn)品的智能化也要求開關(guān)電源智能化,如電源要有與CPU或微控制器的接口,接受信號以控制開/關(guān)電源,改變輸出電壓的大小等。 ??? 廣泛應(yīng)用的小功率單端(含反激和正激式)開關(guān)電源,由于其PWM控制器位于初級,很難實(shí)現(xiàn)上述功能。人們尋求一種新的電路拓?fù)涫蛊浼扔猩鲜鲂碌墓δ埽直3謧鹘y(tǒng)單端拓?fù)涞暮唵?、廉價的特點(diǎn),因而,一種次級控制的單端開關(guān)電源得到了應(yīng)用。 1??? 拓?fù)浠仡? ??? 目前,廣泛應(yīng)用的開關(guān)電源拓?fù)渲饕袉味朔醇な健味苏な健霕蚴?、全橋式、推挽式等類型。如果以PWM控制器位于主變壓器的初、次級來分,則有初級控制的單端反激式、單端正激式;次級控制的半橋式、全橋式、推挽式。 ??? 下面以單端正激式與半橋式拓?fù)錇榇?,討論初級控制與次級控制的異同點(diǎn)。 ??? 初級控制單端正激式如圖1所示。次級控制半橋式如圖2所示。對比圖1和圖2兩個電路,可知二者有以下不同。 圖1??? 初級控制單端正激式
圖2??? 次級控制半橋式 ??? 1)啟動和供電??? 圖1電路中,輸入電源經(jīng)R啟動控制器,在系統(tǒng)正常后,則由輔助繞組為控制器供電。圖2電路需要專用的輔助電源。輔助電源可以是通過工頻變壓器降壓整流后帶三端穩(wěn)壓器,也可以是另一個小功率的單端式開關(guān)電源。 ??? 2)驅(qū)動??? 圖1電路由控制器直接驅(qū)動開關(guān)管。圖2電路由柵極驅(qū)動變壓器驅(qū)動。 ??? 3)取樣及反饋??? 圖1電路中輸出取樣經(jīng)光耦隔離后送入控制器。圖2電路中輸出取樣直接送入控制器。 ??? 圖2電路由于控制器位于次級,電源輸出性能好,易于與微控制器接口,實(shí)現(xiàn)智能化,但需要一個獨(dú)立的輔助電源,因而,適合用于功率較大的系統(tǒng)。圖1電路的最大特點(diǎn)是簡單、廉價,因而,適合用于功率較小的場合。 2??? 次級控制的單端正激式拓?fù)? ??? 為了進(jìn)一步提高小功率開關(guān)電源的性能,人們研究將控制器置于次級,并保持單端電路簡單特點(diǎn)的一種新型拓?fù)湫褪健_@個拓?fù)涞母境霭l(fā)點(diǎn)是不要輔助電源,由于控制器位于次級,要解決電源的啟動問題,還須解決初級開關(guān)管的驅(qū)動及隔離問題。圖3的拓?fù)淇梢詫?shí)現(xiàn)上述要求。 ??? 圖3的電路中,應(yīng)用了TI公司最新開發(fā)的初級啟動及控制器UCC3960,它專用于次級控制的單端正激或反激式變換器。它具有一個啟動振蕩器,當(dāng)通過啟動電阻施加電源后,即可使圖3電路開始工作;在次級控制器正常工作后,啟動振蕩器的工作頻率被次級控制器同步,其占空比也受次級反饋信號的控制,產(chǎn)生驅(qū)動初級開關(guān)管的驅(qū)動信號。UCC3960還有相應(yīng)的保護(hù)電路,UCC3960的腳3外接電阻決定啟動振蕩器的工作頻率,該頻率要略高于次級控制器的工作頻率。UCC3960的工作原理詳見參考文獻(xiàn)[1][2]。 ??? 圖3的電路次級應(yīng)用了單端有源嵌位PWM控制器UCC3580-3。UCC3580-3具有互補(bǔ)的輸出控制,非常適用于同步整流的低電壓輸出,UCC3580-3的UUTI端除了驅(qū)動次級整流管MOS外,還將驅(qū)動脈沖邊緣變化信息取出,作為占空比變化的信號,反饋至UCC3960,經(jīng)處理后驅(qū)動初級開關(guān)管。UCC3580的工作原理詳見參考文獻(xiàn)[3]。當(dāng)然其它PWM控制器,如UC3842系列,SG3525,UC3824(也適用于同步整流)等控制芯片也可用于圖3的電路。 圖3??? 次級控制的單端正激變換器的原理框圖 3??? 實(shí)驗(yàn)電路及試驗(yàn)結(jié)果 ??? 圖4是由UCC3960及UCC3580-3組成的,次級控制的50W單端正激變換器的實(shí)際電路。圖4中主變壓器除了初級繞組和次級繞組外,還有另外兩個輔助繞組,分別為UCC3960及UCC3580供電。電路的初級及次級的啟動過程如圖5所示。它可以分為4個階段:
圖4??? 50W單端正激變換器
(a)??? 占空比與時間的關(guān)系
(b)??? 次級偏壓與時間的關(guān)系 圖5??? 啟動時序 ??? 階段1??? 當(dāng)電源接通后,電源電壓經(jīng)啟動電阻R1對電容C1充電,此時,UCC3960及UCC3580-3均不工作; ??? 階段2??? 電容C1的電壓達(dá)到UCC3960的啟動電壓時,UCC3960進(jìn)入軟啟動狀態(tài),偏置繞組對C2及C3充電,此時,UCC3580-3不工作; ??? 階段3??? 電容C3上的電壓達(dá)到UCC3580-3的啟動電壓時,UCC3580-3進(jìn)入軟啟動狀態(tài); ??? 階段4??? UCC3580-3軟啟動結(jié)束,UCC3960及UCC3580-3同時進(jìn)入工作狀態(tài),系統(tǒng)進(jìn)入閉環(huán)。 ??? 在這4個階段中,如果初級偏壓建立不起來或發(fā)生初級過流,則UCC3960進(jìn)入重復(fù)啟動的斷續(xù)工作狀態(tài)。 ??? 圖4中的隔離及驅(qū)動變壓器,它將UCC3580-3的腳4的脈沖上升及下降沿的信息傳送到UCC3960的腳2,上升沿導(dǎo)通初級的開關(guān)管,下降沿關(guān)斷初級的開關(guān)管。由于只取變化的信號,所以驅(qū)動變壓器磁芯的截面積及線圈電感均很小,本例中的驅(qū)動變壓器參數(shù)為:初次級匝數(shù)比4∶4,電感量5.4μH;電容對次級驅(qū)動方波微分,以取出邊沿信號;為了防止噪聲干擾,初次級加了較大的阻尼,線圈的Q值為0.25。 ??? 本電路的輸出紋波為30mVP-P。其效率在輸出15A時為79%。 4??? 結(jié)語 ??? 基于UCC3960及UCC3580-3的次級控制的單端正激變換器,提出了一種新的電路拓?fù)洹_@種拓?fù)淇墒归_關(guān)電源同供電的系統(tǒng)及微控制器通信,以適應(yīng)電子產(chǎn)品智能化的要求。 |
次級控制的單端正激變換器
- 變換器(108177)
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2009-07-25 10:53:054066
并-串組合型雙管正激變換器的研究
提出了一種新型并串雙管正激變換,該組合變換器可以大幅度減少次級整流二極管的電壓應(yīng)力,同時改善次級續(xù)流二極管的反向恢復(fù)問題。
2011-05-19 17:12:5531
燃料電池電動汽車用雙單端正激變換器
由于 燃料電池 的輸出特性比較軟,難以直接與電動汽車的電機(jī)驅(qū)動器相匹配,必須采用DC/DC變換器來改善其輸出特性.采用正激變換器必須要有磁復(fù)位電路才能正常工作.單管正激變換器
2011-08-11 14:14:2534
推挽正激變換器原理圖
介紹了基于推挽正激拓?fù)涞亩嘀鼗疍C/DC變換器,詳細(xì)分析了其工作原理。推挽正激變換器同時具有推 挽變換器和正激變換器的優(yōu)點(diǎn),它的變壓器磁芯雙向勵磁、磁芯利用率高、開關(guān)管電
2011-09-10 23:21:04114
有源箝位ZVS單端正激變換器的負(fù)載適應(yīng)性
本文討論有源箝位ZVS單端正激變換器在不同負(fù)載時的工作過程,進(jìn)而闡述該變換器的負(fù)載適應(yīng)性。通過計(jì)算仿真,證實(shí)了結(jié)論的正確性,最后給出了應(yīng)用實(shí)例。
2016-05-11 15:28:467
正激變換器磁性元件的設(shè)計(jì)
正激變換器磁性元件除了變壓器外,還有一個電感器,即扼流圈。一般的資料上都是從變壓器開始算起的,但本人認(rèn)為應(yīng)該從電感器開始算起比較好,這樣比較明了,思維可以比較清楚。因?yàn)檎?b class="flag-6" style="color: red">激變換器起源于BUCK變換器
2017-12-03 20:47:41373
正激變換器簡明設(shè)計(jì)報(bào)告資料免費(fèi)下載
本文檔的主要內(nèi)容詳細(xì)介紹的是正激變換器簡明設(shè)計(jì)報(bào)告資料免費(fèi)下載:1、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 2、基本電路結(jié)構(gòu) 3、直流-直流變換器基本拓?fù)?4、幾種復(fù)位方式及其比較 5、變壓器設(shè)計(jì) 6、耦合電感設(shè)計(jì)及次級疊加方式
2019-09-25 08:00:002
反激變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)詳細(xì)資料說明
本文檔的主要內(nèi)容詳細(xì)介紹的是反激變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)詳細(xì)資料說明包括了:1. 基本反激變換器,2. 三繞組吸收反激變換器,3. RCD吸收反激變換器,4. 其它吸收反激變換器,5. 二極管吸收雙反激變換器,6. 反激DC-DC變換器總結(jié)
2019-12-20 17:11:4820
反激變換器的穩(wěn)態(tài)分析詳細(xì)資料說明
本文檔的主要內(nèi)容詳細(xì)介紹的是反激變換器的穩(wěn)態(tài)分析詳細(xì)資料說明包括了:1. 反激變換器的三種負(fù)載形式,2. 反激變換器在CCM下的穩(wěn)態(tài)關(guān)系,3. 反激變換器的CCM/DCM邊界確定,4. 反激變換器在DCM下的穩(wěn)態(tài)關(guān)系
2019-12-20 17:11:4826
反激變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)詳細(xì)資料講解
本文檔的主要內(nèi)容詳細(xì)介紹的是反激變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)詳細(xì)資料講解包括了:1. 基本反激變換器 2. 三繞組吸收反激變換器 3. RCD吸收反激變換器 4. 其它吸收反激變換器 5. 二極管吸收雙反激變換器 6. 反激DC-DC變換器總結(jié)。
2020-02-28 08:00:0017
反激變換器的穩(wěn)態(tài)分析詳細(xì)說明
本文檔的主要內(nèi)容詳細(xì)介紹的是反激變換器的穩(wěn)態(tài)分析詳細(xì)說明包括了:1. 反激變換器的三種負(fù)載形式 2. 反激變換器在CCM下的穩(wěn)態(tài)關(guān)系 3. 反激變換器的CCM/DCM邊界確定 4. 反激變換器在DCM下的穩(wěn)態(tài)關(guān)系
2020-02-28 08:00:0010
基于輸出反灌電流的ZVS軟開關(guān)反激變換器的原理和應(yīng)用
開通,電路的結(jié)構(gòu)如圖1所示,和傳統(tǒng)的采用同步整流的反激變換器完全相同,只是控制的方式不一樣,工作的原理分析如下。
2022-03-25 09:43:0013941
反激變換器你會了嗎?
基本的反激變換器原理圖如圖 1 所示,在需要對輸入輸出進(jìn)行電氣隔離的低功率(1W~60W)開關(guān)電源應(yīng)用場合,反激變換器(Flyback Converter)是最常用的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Topology)。簡單、可靠、低成本、易于實(shí)現(xiàn)是反激變換器突出的優(yōu)點(diǎn)。
2020-07-14 09:04:136187
反激變換器的設(shè)計(jì)步驟
開關(guān)電源的設(shè)計(jì)是一份非常耗時費(fèi)力的苦差事,需要不斷地修正多個設(shè)計(jì)變量,直到性能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)為止。本文step-by-step 介紹反激變換器的設(shè)計(jì)步驟,并以一個6.5W 隔離雙路輸出的反激變換器設(shè)計(jì)為例,主控芯片采用NCP1015。
2022-07-08 16:08:081828
反激變換器PSIM仿真案例
今天給大家分享一個反激變換器PSIM仿真案例,反激變換器的工作原理和設(shè)計(jì)過程詳細(xì)講很多,可參考的資料也很多了,(此處省去1萬字) , 其基本原理如下 :主開關(guān)管導(dǎo)通時,二次側(cè)二極管關(guān)斷,變壓器
2022-12-23 16:18:115277
反激變換器的工作原理
前面講到的Buck、Boost都是不隔離的結(jié)構(gòu),不隔離的話對人體的危害是比較大的,下面我們講述一種比較簡單的隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)—反激變換器,反激變換器一般用在100w以內(nèi),再大功率大也是可以做的,但是再大
2023-03-16 11:14:385062
反激變換器的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些
反激變換器廣泛應(yīng)用于交流直流(AC/DC)和直流直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換,并在輸入級和輸出級之間提供絕緣隔離,是開關(guān)電源的一種。本文將對反激變換器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)介紹。 優(yōu)點(diǎn): 1.高效率:反激變換器
2024-01-16 11:38:36371
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