高功率密度快充及PD適配器電源結構解析-電源管理-電子元件技術網

你的位置：首頁 > 電源管理 > 正文

高功率密度快充及PD適配器電源結構解析

發布時間：2018-12-17 責任編輯：xueqi

【導讀】一種新型的高功率密度軟開關變換器就是非對稱反激變換器，其原邊使用激磁電流實現上、下橋主功率管的ZVS零電壓開關，次級整流管為ZCS零電流工作，適合於筆記本電腦PD適配器這種高頻、高效和高功率密度的應用要求。

這種變換器輸出電壓決定原邊半橋的上管工作的導通時間，原邊半橋的下管工作在COT固定導通時間，其導通時間由諧振頻率所決定，非對稱反激變換器電路結構如圖1所示，若輸出整流二極管換為功率MOSFET，則稱為同步整流。非對稱反激變換器工作的波形如圖2所示。

相關元件符號和物理量的規定：

S1：原邊半橋高端功率管，上管

S2：原邊半橋低端功率管，下管

DR；次級整流二極管

Cr：原邊串聯諧振電容

Lm：變壓器原邊激磁電感

Lr：變壓器原邊漏感

SR；次級同步整流功率管

Np：變壓器原邊繞組匝數

Ns：變壓器次級繞組匝數

n：變壓器的匝比，n = Np/ Ns

VSW：半橋連接的開關接點電壓，也是S2的D、S兩端電壓

iLm：變壓器原邊激磁電感的電流

iLr：變壓器原邊漏感的電流

iDR；次級整流二極管的電流

（a）非對稱反激變換器

（b）非對稱同步整流反激變換器

圖1：非對稱反激變換器電路結構

圖2：非對稱反激變換器工作波形

工作原理分析

非對稱反激變換器的一個開關周期可分為6個工作模式，分別分析如下。

1、模式1：T0-T1

開關狀態：S1處於導通，S2處於截止，DR處於截止

變壓器Lm和Lr的電流從0開始增加，諧振電容Cr充電，沒有能量傳輸到次級的輸出負載。

T1時刻，S1關斷。

圖3：模式1的等效電路

2、模式2：T1-T2

開關狀態：S1處於截止，S2處於截止，DR處於截止

T1時刻，S1關斷，（Coss1+Coss2）和（Lr+Lm）諧振，Coss1充電，Coss2放電，直到T2時刻，Coss1的電壓充電到VIN，Coss2的電壓放電到0。

圖4：模式2的等效電路

Coss2的電壓VSW放電到0後，其體內寄生二極管DS2導通，將其二端電壓箝位到0。

3、模式3：T2-T3

開關狀態：S2處於導通，S1處於截止，DR處於截止

T2時刻，DS2導通箝位。在T2之後某一時刻開通S2，此時由於DS2導通，S2的VDS電壓為0，因此S2是零電壓開通ZVS。

（a）模式3的DS2導通

（b）模式3的S2 ZVS開通

圖5：模式3的等效電路

這個階段開始時，諧振電容的電壓VCr會稍微增加，次級繞組Ns的正偏電壓也會增加，但其電壓仍低於輸出電壓Vo，因此次級整流二極管DR不會導通。

在T3時刻，次級繞組的電壓VNs增加到輸出電壓Vo，因此次級整流二極管DR導通。

4、模式4：T3-T4

開關狀態：S2處於導通，S1處於截止，DR處於導通

在T3時刻，DR導通，輸出電壓反射到原邊繞組Np，其電壓變為：

VNp = -nVo

此時，Lm和Lr分開，形成各自的回路：

（1）Lm電感儲存的能量通過次級繞組，向輸出負載傳輸。

（2）Lr、Cr和電壓源-nVo串聯諧振，滿足下麵條件：

諧振電容Cr反射到次級輸出端，次級電流波形為正弦波，其頻率就是變壓器的寄生電感和諧振電容Cr所決定，這部分能量也通過次級繞組，向輸出負載傳輸。

因此，次級整流二極管的電流iDR為iLr和iLm的電流差值：

iDR = (iLm–iLr)*n

在這個階段，Lr和Cr串聯諧振，iLr過0後，反向繼續諧振；然後，經過一段時間， iLm也過0，反向激磁繼續增加。

（a）模式4的DR導通

（b）模式4的iLr過0後反向增加

（c）模式4的iLm過0後反向增加

圖6：模式4的等效電路

在T4時刻，iLr和iLm的電流相等：

iLr=iLm

次級繞組的電流減小到0，DR關斷，ZCS關斷，同時，在T4時刻，S2關斷。

5、模式5：T4-T5

開關狀態：S1處於截止，S2處於截止，SR處於截止

T4時刻，同時關斷SR和S2，（Coss1+Coss2）和（Lr+Lm）諧振，Coss1放電，Coss2充電，直到T5時刻，Coss2的電壓充電到VIN，Coss1的電壓放電到0。

圖7：模式5 的等效電路

Coss1的電壓放電到0後，S1的體內寄生二極管DS1導通，將其二端電壓箝位到0。

6、模式6：T5-T6

開關狀態：S1處於導通，S2處於截止，SR處於截止

T5時刻，DS1開通，Lr和Lm的電流相等且同時反向激磁，增加到反向電流的最大值；然後在正向電壓的作用下，從反向電流的最大值逐漸減小，在T6時刻其電流減小到0，然後繼續正向增加，進入下一個同期。

在T5之後某一時刻開通S1，此時由於DS1導通，S1的VDS電壓為0，因此S1是零電壓開通ZVS。

（a）模式6的DS1導通

（b）模式6的S1 ZVS導通

（c）模式6的Lm正向激磁

圖8：模式6的等效電路

圖2：非對稱反激變換器波形

要采購開關麼，點這裏了解一下價格!

上一篇：PCB設計需要注意的規範問題

下一篇：圖解：常用拓撲原理介紹及優缺點對比

特別推薦

技術文章更多>>

技術白皮書下載更多>>

熱門搜索

友情鏈接(QQ：317243736)

我愛方案網 ICGOO元器件商城創芯在線檢測芯片查詢天天IC網電子產品世界無線通信模塊控製工程網電子開發網電子技術應用與非網世紀電源網 21ic電子技術資料下載電源網電子發燒友網中電網中國工業電器網連接器礦山設備網工博士智慧農業工業路由器天工網乾坤芯電子元器件采購網亞馬遜KOL 聚合物鋰電池工業自動化設備企業查詢工業路由器元器件商城連接器 USB中文網今日招標網塑料機械網農業機械中國IT產經新聞網高低溫試驗箱

關閉

關閉