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【DIY大赛】 探讨一种利用漏感储能的正反激电路
阅读: 4345 |  回复: 22 楼层直达

2018/11/08 07:44:38
1
boy59[版主]
电源币:365 | 积分:104 主题帖:52 | 回复帖:276
LV9
军长

QQ截图20160321155901 感恩!这的确是一份用心的问卷

QQ截图20160321155901 绝弯路!管理员用心整理的


在硬开关电路中变压器的漏感会增加开关管的应力、降低电源的效率,一般都希望漏感越小越好(反激连续模式中适量的漏感有利于抑制反向恢复电流)。

在正激电源中续流电感和变压器是分离开的,反激电源中电感和变压器是合二为一的,因而小功率应用中反激电源在体积和成本上更有优势。

之前就有个想法看能否把漏感作为正激变压器的续流电感,同时解决上述应力、效率、体积及成本等问题,准备借这次机会理论分析+实践测试一下……

标签 反激 正激
2018/11/08 09:09:38
2
凤凰息梧桐
电源币:323 | 积分:0 主题帖:2 | 回复帖:591
LV7
旅长
顶起来         
2018/11/09 17:59:53
3
firefox886
电源币:126 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:583
LV9
军长
这个不是我之前跟你讨论过的么?
2018/11/12 08:33:12
7
boy59[版主]
电源币:365 | 积分:104 主题帖:52 | 回复帖:276
LV9
军长
以前探讨的是有源钳位型的正反激,这个电路不用钳位电容,是比较正统的正激+反激结构。
2018/11/09 18:00:47
4
firefox886
电源币:126 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:583
LV9
军长
并且别的公司已经有产品了!
2018/11/12 08:35:04
8
boy59[版主]
电源币:365 | 积分:104 主题帖:52 | 回复帖:276
LV9
军长
是哪家的产品给介绍一下? 如果是一样的电路就可以少走弯路了
2018/11/12 11:46:38
13
firefox886
电源币:126 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:583
LV9
军长
铁城几年前都有想关产品了,效率还不错!200-420输入,输出13.8伏84安,效率93+!
2018/11/10 15:51:41
5
lihui710884923
电源币:444 | 积分:1 主题帖:139 | 回复帖:477
LV8
师长
漏感作为续流电感,这想法非常好
2018/11/11 20:32:10
6
gaohq
电源币:60 | 积分:5 主题帖:48 | 回复帖:459
LV8
师长
愿闻其祥
2018/11/12 09:43:46
9
boy59[版主]
电源币:365 | 积分:104 主题帖:52 | 回复帖:276
LV9
军长

想要利用漏感就要为漏感电流设计一条通道,比如LLC电路、有源钳位电路、双管电路等,这里要探讨的是后一种硬开关双管电路。

常见的双管电路有双管正激、双管反激,这里的电路将由双管反激展开…

                                                           图1-1-1 双管反激电路

双管反激和普通的反激电路原理是一样的,区别是双管反激为漏感提供了通道可以实现漏感能量回收。通常在设计反激电源时都忽略了漏感(Lr)的影响或假设漏感很小,因这里的应用要利用漏感储能所以就不能将漏感设计的很小,考虑大漏感的分析过程如下:

2018/11/12 09:51:15
10
anco
电源币:182 | 积分:0 主题帖:8 | 回复帖:107
LV4
连长
静待大师详解。
2018/11/12 10:51:40
11
boy59[版主]
电源币:365 | 积分:104 主题帖:52 | 回复帖:276
LV9
军长

1、         断续模式:

双管反激DCM

                                         1-1-2 双管反激断续模式电流波形

Ton时间段,电感LrLm电流同步增加斜率为Uin/(Lm+Lr)Toff时间段,励磁电流Ilm的斜率为-Uo/Lm,漏感电流Ilr的斜率为-(Uin-Uo)/Lr

其中图中的阴影区域为回收电流由漏感造成不能传输到输出端,如果电路是采用的普通RCD吸收这部分能量都将被消耗掉,所以阴影区域越小越好(漏感越小越好)。

2、         连续模式:

双管反激CCM

                                    1-1-3 双管反激连续模式电流波形

连续模式可以将波形分为4个区域,区域①漏感电流斜率(Uin+Uo)/Lr,区域②漏感和励磁电感的斜率Uin/(Lm+Lr),区域③漏感电流斜率-(Uin-Uo)/Lr,区域④励磁电流斜率-Uo/Lm

连续模式时有个很关键的伏秒平衡方程:

伏秒平衡公式

如果忽略漏感Lr上述公式就变成了常见的伏秒平衡公式,注意上述公式中Don2Don而是指区域2的占空比。在连续模式占空比不变的条件下,随着负载的加重输出电压降低的问题,除了电路损耗外从上述公式也能体现出来。或者说如果不考虑效率的因素,只有知道了UinUoDonLmLr就可以推断出输出负载大小或者是输出功率大小(CCM模式),因为负载变Uo一定变而且他们的关系是唯一的。

2018/11/12 11:37:07
12
boy59[版主]
电源币:365 | 积分:104 主题帖:52 | 回复帖:276
LV9
军长

根据公式描绘出电流波形并同Saber的仿真结果做对比如下:

反激断续模式波形对比

                         1-1-4 双管反激Saber仿真与Mathcad计算对比

上图的对比结果显示上述对电路原理的分析并无太大偏差。

2018/11/12 16:34:23
14
boy59[版主]
电源币:365 | 积分:104 主题帖:52 | 回复帖:276
LV9
军长

有了电流方程后可以很方便的进行后续分析,下图为等负载增益曲线

                                       图1-1-5 双管反激等负载增益曲线

图中的灰线Ro=R.BCM为临界增益曲线,由于没有对方程进行整理(整理后的方程估计为一元三次方程)而是直接用root工具求解,在自定义取值区间上有些麻烦造成部分曲线出现断线的情况。

设漏感的百分比为k,可以得到不同漏感下的直流增益曲线图:

漏感对增益曲线的影响

                                        1-1-6 不同漏感下的增益曲线

当设漏感Lr=0时计算曲线与理论增益曲线重合。

2018/11/12 16:48:33
15
boy59[版主]
电源币:365 | 积分:104 主题帖:52 | 回复帖:276
LV9
军长

只需把图1-1-1双管反激电路的变压器输出同名端调换一下就可以变成以漏感为续流电感的双管正激电路。

                                                   图2-1 利用漏感储能的双管正激电路

这种电路的输出侧不需要额外增加续流电感,漏感既为续流电感。初级侧的二极管作为续流二极管,通常应用初级侧都是承受高压小电流所以相对来说效率可能会提高一点。

2018/11/13 11:24:14
18
boy59[版主]
电源币:365 | 积分:104 主题帖:52 | 回复帖:276
LV9
军长

漏感续流双管正激电路电流波形如下:

                                                         图2-2 漏感续流双管正激电流波形

区域①漏感电流斜率(Uin-Uo)/Lr;区域②漏感电流斜率-(Uin+Uo)/Lr;区域③漏感、励磁电感斜率-Uin/(Lm+Lr);区域①、②励磁电感斜率Uo/Lm

漏感作为续流电感缺点是不能工作在连续模式,因为如果漏感工作在CCM模式励磁电感就没有磁复位的时间,最终会导致变压器饱和。目前还没有想到有什么办法能解决这个问题,如果有那么这种电路将优于普通的正激电路。

其等负载增益曲线如下:

双管正激等负载增益曲线

                                      2-3 漏感续流双管正激等负载增益曲线

其中k=Lr/Lm表示漏感百分比(图中取k=20%)。

2018/11/13 02:36:49
16
firefox886
电源币:126 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:583
LV9
军长
还是自己测一下吧!
2018/11/13 10:13:26
17
boy59[版主]
电源币:365 | 积分:104 主题帖:52 | 回复帖:276
LV9
军长
后面是准备实际操作一下做个验证。
2018/11/13 11:48:00
19
boy59[版主]
电源币:365 | 积分:104 主题帖:52 | 回复帖:276
LV9
军长

从上述对两种电路的分析中可以发现反激电路是利用励磁电感 Lm传递能量,漏感Lr是不利因素;正激电路是利用漏感Lr传递能量,励磁电感Lm是不利因素。如果把两种电路结合起来能否变不利为有利因素?正反激电路就这样产生了。

                                                                    图3-1 双管正反激电路

如上图正反激电路的输出侧同时包含了正激绕组和反激绕组,如果换个角度这种电路同LLC电路非常的相似,特性也比较相似(除软开关特性外)。

2018/11/13 16:45:21
20
boy59[版主]
电源币:365 | 积分:104 主题帖:52 | 回复帖:276
LV9
军长

两种电路的仿真波形对比如下:

                                                      图3-2 LLC电路与漏感续流正反激电流波形对比

上图电流波形为相同负载、相同输出电压(既相同同输出功率)的条件下获得,由这个电流波形可知这种正反激电路无任何优势……

LLC电路变压器工作于一、三象限,漏感续流正反激电路工作于第一象限,相同输出功率下后者峰值电流为前者的两倍多(正弦波有效值高于三角波)。原本认为漏感续流正反激电路的励磁电感能量可以传递到次级,实际上励磁电流并没有传递过去而是以直流分量的形式存在于初级侧绕组中。

2018/11/13 17:09:31
21
boy59[版主]
电源币:365 | 积分:104 主题帖:52 | 回复帖:276
LV9
军长

如果将LLC电路的谐振电容用母线电容替代,使开关频率远高于谐振频率也算是一种正反激电路

                                                       图3-3 大谐振电容LLC电路波形

无输出滤波电感的推挽电路、全桥电路也可以实现临界模式正反激效果。

2018/12/10 19:22:02
22
ltjltjltj
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:3
LV1
士兵
学到不少东西,希望大师能做出产品来验证一下。让我等开下眼界
2018/12/11 22:01:24
23
boy59[版主]
电源币:365 | 积分:104 主题帖:52 | 回复帖:276
LV9
军长
大师可不敢当,这种电路目前还没发掘出优点有待进一步的研究。
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