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PI反激电源中的准谐振软开关控制原理

  • 2021-12-23 21:29
  • 不可说

    LV.0
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  • 看到很多PI的反激开关电源介绍中加入了准谐振软开关控制,不过在咱们PI板块里介绍谐振软开关的不是很多,而且今天还看到有人回帖对谐振软开关的误解。这几天西安疫情有点严重,lockdown了,随手发一贴和大家学习讨论一下。

    下图是单端反激拓扑结构图,Lp是反激变压器的原边电感,Lk是原边漏感,开关器件并联的电容Cs(包含管子自身的寄生电容):

    对于开关过程的推导这里就不说了,只说下关于准谐振控制的部分:

    在反激电路的MOS一个开关周期(Ts)内,当反激变压器副边的电流为零后,假设原边MOS管的未导通,那么反激变压器的原边电感Lp就会与MOS管D极和S极之间的电容 Cs产生 谐振,上述的谐振等效电路和主要工作波形见下图:

    从上述简化模型可知谐振周期为:

    在经过 1/2 谐振周期后,当MOS管两端电压达到最小值,Uds_min = max(Uin-Uout/N,0),当 Uout/N>Uin 时,MOS管两端电压能够谐振到 0(也就是谐振波形的谷底),也就是在这会MOS管具备了零电压开通(ZVS)的条件,如下图的虚线所示:

    当MOS管的两端电压谐振到 0 V之后,上述电路就不再工作在谐振状态了,原边电感电流iLP曲线将会从正弦变为直线,即线性下降,下降的斜率如下公式:

    由于电感电流线性减小的直线为正弦曲线变为直线时该点的切线,该直线与横轴的交点在正弦曲线过零点的右侧,所以原边电感电流下降斜率小于谐振工作时的下降斜率,即经过 1/2 个谐振周期后,原边电感电流仍未下降到零,MOS管仍然满足零电压开通条件。
    因此,经过 1/2 个谐振周期后,MOS管漏源电压最小。为了使反激变换器原边MOS管开通损耗最小,在变压器去磁结束后,延迟 Tr/2 时间再开通MOS管即可保证MOS管开通损耗最小,特别地,当 Uin/N>Uout时,反激变换器工作在ZVS开通状态。
    以上就是准谐振软开关的原理,把上述推到的内容中最关键的“延迟 Tr/2 时间再开通MOS管”加入到反激变换器MOS管开关周期Ts里,也即是谐振周期补偿到开关周期里边,就能实现MOS的软开关,也即是ZVS开通。
    补充一句:这里只考虑了谐振补偿,事实上深究起来我们在计算推到开关周期Ts的时候,还需要把漏感Lk也算进去,不过这就是另外一个话题了。

    发帖仅为了与同行们讨论学习一下,如有不正确的地方请不吝赐教,多谢。

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  • 打你不许哭

    LV.1

    2021-12-25 13:49

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    西安加油!
    感谢楼主分享  学习了

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  • XHH9062

    LV.1

    2021-12-25 13:55

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    感谢楼主的分享

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  • 打你不许哭

    LV.1

    2021-12-25 14:20

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    对于开关过程的推导   这块儿方便再分享一下吗?

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  • Marcia

    LV.1

    2021-12-25 14:53

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    感谢楼主的经验分享  学习了

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  • Marcia

    LV.1

    2021-12-25 15:02

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    很不错的分享  学习了

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  • 还是上次那回

    LV.1

    2021-12-25 15:11

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    感谢分享

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  • 还是上次那回

    LV.1

    2021-12-25 16:00

    @

    由于电感电流线性减小的直线为正弦曲线变为直线时该点的切线,该直线与横轴的交点在正弦曲线过零点的右侧

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  • 不可说

    LV.1

    2021-12-26 19:44

    @打你不许哭

    对于开关过程的推导   这块儿方便再分享一下吗?

    不同的工作模式推到的开关周期和PWM占空比还不一样,常见的有三种:DCM断续模式,CCN连续模式,BCM临界模式。准备抽时间再发帖写一下。

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  • lihui710884923

    LV.1

    2021-12-27 13:53

    @

    准谐振软开关控制的话,这个功率方面可以做到最大多少?

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  • 川理学子

    LV.1

    2021-12-27 23:14

    @

    学习学习,准谐振状态下MOS的最大耐压能达到多少倍母线电压啊

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