在前面的反激電源的設(shè)計中,我們闡述了反激電源的基本拓?fù)銪UCK-BOOST電路的工作原理,并推導(dǎo)了BUCK-BOOST向FLYBACK拓?fù)涞难葑冞^程。然后我們學(xué)習(xí)了反激電源的一些關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計與計算。并將設(shè)計過程總結(jié)成了一個EXCEL電子表格?,F(xiàn)在把這個電子表格提供給大家,供大家下載后驗證設(shè)計,同時體提供一個小工具用于計算波形的RMS值。
在這個帖子里,我們將把反激的設(shè)計深化、延伸。在以后的一段時間里,我將在這里和大家一起探討反激電源中的一些實用技術(shù),比如:CRM/BCM的反激設(shè)計、QR模式的反激設(shè)計、LCD吸收替代RCD吸收、反激單級PFC等等。同時,歡迎大家積極參與討論,發(fā)表自己的觀點(diǎn)。
首先,我們看看常用的CRM/BCM和QR模式下的反激電源的控制IC主要有哪幾種,我先說幾個,后面請大家積極補(bǔ)充:
CRM/BCM:L6561,L6562,MC34262,SA7527
QR:NCP1337
首先來看CRM/BCM的工作情況。
我們都知道,CRM/BCM的反激電源是工作在變頻控制,那么工作的頻率究竟是怎么變化的呢?請看:
T為工作周期,VIN是輸入電壓,L是初級電感量,IP是初級峰值電流PIN是輸入功率,VF是反射電壓,fs是開關(guān)頻率。
從上面的關(guān)系式,我們可以看出,對于恒定電壓、恒定功率輸出的電源來說,如果忽略了效率,那么工作周期隨著輸入電壓的升高,而減小,那么就是輸入電壓增高,工作頻率增加。如果考慮效率的話,一般來說,高壓輸入的時候,效率會高一些,那么頻率也是隨著輸入電壓增加而增加的。
對于某些電源的應(yīng)用場合而言,比如充電器,它的輸出電壓是變化的。那么當(dāng)工作與恒流狀態(tài)的時候,輸出電壓并沒有達(dá)到正常值,就是說VF比較低,那么假如功率不變,輸入電壓不變,VF低的話,其實工作頻率是會變低的。
因為不同的頻率下,IP是不同的,那么變壓器的工作磁通量也是不同的。不確定的參數(shù)會讓設(shè)計失去控制。
所以,我們設(shè)計一個CRM/BCM電源的時候,首先要確定工作頻率的變化區(qū)間,并判斷是否符合我們的要求。
那么,對于CRM/BCM的反激電源的設(shè)計是順序是:
根據(jù)輸入電壓范圍,MOS的耐壓值等參數(shù),確定在最低輸入電壓時的占空比,反射電壓VF、RCD箝位電壓VC。
然后,設(shè)定最低工作頻率,根據(jù)輸出功率,效率,計算出初級電感量。
這樣,就可以根據(jù)上面的公式,求出在不同負(fù)載狀態(tài)下,不同輸入電壓下,開關(guān)管的工作頻率了。
注意,這個算法,只適合交流整流后帶大電解濾波的FLYBACK電路,并不適用于單級的反激PFC的設(shè)計。
對于單級PFC類型的CRM/BCM工作模式,在每個半正弦周期內(nèi)的不同位置,頻率都是變化的。因為要滿足輸入電流隨著輸入電壓波形變化而變化。下面我們來分析一下這類工作模式的情況和特點(diǎn),以及如何計算。
首先還是先計算一下工作周期
我們知道,對于CRM/BCM模式的反激式PFC電路來說,是峰值電流型的控制,而峰值電流的參考值是由電壓反饋和乘法器內(nèi)部合成的,由于這個峰值電流的參考值和輸入的交流信號是同相位的,而PFC的電壓環(huán)的響應(yīng)又是要求很慢的,那么每個開關(guān)周期的峰值電流就是和輸入交流的瞬時值成固定比例的。故而在每個半正弦波的周期中,TON是不變的。
由這個公式可以知道,當(dāng)輸入輸出條件不變的時候。在半個正弦周期內(nèi),頻率的最低點(diǎn)在正弦波的峰值處。
而當(dāng)輸出不變的時候,輸入電壓升高時,從T的表達(dá)式可以看出來,T會縮短,那么工作頻率會升高。
這就是說,對于CRM/BCM的反激PFC電路來說,工作的最低頻率是在最低輸入電壓的半正弦波的最高處。
在這里,我們需要定義一個參數(shù):
KV=VINPK/VF
由于CRM/BCM的反激式PFC與CRM/BCM式BOOST型PFC是不一樣的。具體區(qū)別就在于,MOS關(guān)斷期間,CRM/BCM式的BOOST型PFC的輸入電流不會斷,只不過電感電流逐漸降到零,然后開啟下一個周期。這個過程中,輸入依然向后繼饋能。但反激式就不一樣了。MOS關(guān)斷時,初級電流也就關(guān)斷了。初級不向輸出饋能。輸出能量是變壓器儲能的釋放。如果KV值越小,說明反射電壓VF越高,那么工作占空比大,輸入電流畸變小,輸入端的電流濾波后的平滑電流波形就越接近正弦波。
所以呢,在可能的情況下,比如,MOS的耐壓夠高,我們把VF取高一些將有助于提高PF值,降低THD。
有了上面關(guān)于開關(guān)周期的計算,有了VF的設(shè)計考慮,該是把輸入功率PIN和輸入電壓、電流等參數(shù)建立關(guān)聯(lián)的時候了。