前言:
小功率反激變換器目前主要是ACF應(yīng)用的多,但是最近又有一種新穎的拓撲不對稱半橋諧振反激開始展現(xiàn)出優(yōu)勢。
這種不對稱半橋諧振反激變換器的實現(xiàn)與多年前的不對稱半橋正激變換器的實現(xiàn)思路相似,在高端開關(guān)開通后存儲或傳遞功率,再利用電路中參數(shù)諧振實現(xiàn)低端開關(guān)ZVS,然后在開啟低端開關(guān)。怎么聽起來也和ACF也一樣,道理就這么多,我們看圖說話就好:
上圖是不對稱諧振反激的功率框架,其中原邊兩個開關(guān)互補導(dǎo)通,頻率固定,通過調(diào)整占空比來實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)。當(dāng)高端開關(guān)開通時,在VHB中點產(chǎn)生0~VIN的方波,加到諧振電感LR和CR上,電流流入諧振電容,諧振電容的電壓升高。
當(dāng)高端開關(guān)關(guān)閉后,諧振電流帶走半橋中點的電荷為下管實現(xiàn)ZVS,其原理和LLC一致。然后由諧振電容放電,變壓器將功率傳遞到副邊實現(xiàn)傳遞。在實際應(yīng)用中,小功率的諧振電感一般會用變壓器漏感代替。
如同半橋LLC一樣,加到諧振腔的電壓為VIN/2,所以在占空比為0.5時,輸出VIN*N/2的電壓到副邊,同理縮窄占空比也能實現(xiàn)輸出電壓降低的調(diào)整。當(dāng)占空比大于0.5時,高端導(dǎo)通時長度更長,諧振電感存儲的能量更大,所以可以讓諧振的增益高于1,這一塊調(diào)節(jié)曲線也是單調(diào)的。
占空比0.4,滿負載穩(wěn)態(tài):
可見副邊二極管電流是半個正弦波,并且實現(xiàn)了ZCS,這樣的電流波形對反激變換器來說,副邊二極管的應(yīng)力問題就解決了,EMC問題也就很安逸了。
占空比0.5,滿負載穩(wěn)態(tài):
占空比0.75,滿負載穩(wěn)態(tài)::
拓撲控制模型AC分析:
在我關(guān)注的穩(wěn)態(tài)工作點(占空比0.4處)我進行了從占空比控制到輸出電壓的頻率響應(yīng)測試(50~50KHz),從掃描得到的曲線來看:在低頻處(1KHz)存在雙極點和-180deg相移,這與直接頻率控制的LLC變換器類似。
這樣大幅度的限制了系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬,變換器的反饋補償方法與LLC類似,大家可以看曲線感受一下。另外一點就是可能對AC文波的抑制效果較差,因為穿越頻率較低的關(guān)系,音頻抗擾的性能也會下降。
小結(jié):
本文測試了不對稱半橋諧振反激變換器的功率級的時域和頻域性能,而且在實際應(yīng)用中,諧振電感用漏感代替,諧振電容的體積也很小,在ZVS+高頻器件共同作用下系統(tǒng)的功率密度就相當(dāng)有優(yōu)勢。
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