一种反激式AC-DC转换器的设计+电路图(2)

80年代开始,高频化和软开关技术的问世,是功率变换器功能得到了一次飞跃:质量变得更轻了,尺寸也变得更小了,该技术是过去30年国际上研究的主要


80年代开始,高频化和软开关技术的问世,是功率变换器功能得到了一次飞跃:质量变得更轻了,尺寸也变得更小了,该技术是过去30年国际上研究的主要焦点之一。

而电子系统集成技术从90年代一直到今天也仍然是各界研究的问题之一。

目前我国对于电源开关的研究已经相对成熟,按照转换类型大概可以分为AC-DC转换、DC-AC转换和DC-DC转换。本文主要研讨的是AC-DC转换。

反激式AC-DC转换器是开关电源的一种重要组成部分,其工作效率将直接影响到各点起的工作使用情况,是评价电子设备好坏的一个重要指标。一个优秀的开关电源设计将会节省下很多的能源,大大提高能源转换率,所以开关电源在电子设备中是十分重要的一部分。

反激式AC-DC转换器就是在其输出端在原边绕组断开时获得能量的一种交流转直流转换器。开关闭合时,变压器初级电感储存能量,输出滤波电容为负载提供能量;开关断开时,变压器将原来储存的能量传送到负载和输出滤波电容,用来补偿电容单独提供的负载电流的时候消耗的能量,而且该转换器具有电路简洁、转换效率高、损耗小、变压器匝数比值小等优点,大大提高了开关电源的工作效率,正是由于这些优点使其成为了目前世界上主要研究的热点。

1.2按照原理分类

按照控制原理的不同可以将开关电源分为4类:

脉冲宽度调制(PWM):它就是利用脉冲宽度调制器调整脉冲宽度来改变占空比使得实现稳压。在调制的过程中保持开关周期不变,此类电源的输出电压纹波小、噪声小,在重载情况下效率也高。

脉冲频率调制(PFM):这种开关电源的原理是通过脉频调制器来调整开关频率来改变占空比实现稳压,调制过程中保持脉冲宽度不变。该模式在轻载下通过减少功率管的开关次数来减低转换器的功耗,提高转换效率。

脉冲密度调制(PDM):采用零电压技术调整脉冲数目以实现稳压,调制过程中保持脉冲宽度不变。

混合调制方式:就是将脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)混合,既可以保证重载情况下的PWM高效调节、输出纹波小、噪声小,也能够保证轻载情况下转换效率高。

1.3按照工作模式分类

如果按照工作模式的不同来分类,可以将开关电源分为连续导通模式(CCM)和不连续导通模式(DCM)两种。

在连续导通模式(CCM)下,变压器电感的储能状态在每个开关周期内都是从非零状态开始的,而在不连续导通模式(DCM)下,只有当变压器电感全部放电后才会开启下个周期[5]。不同工作模式下的电流波形如下,根据波形可知,在连续导通(CCM)模式下,开关电源从一定的幅值开始上升,而在不连续导通(DCM)模式下,电流均是从零开始上升。

图1-1  分别在CCM模式与DCM模式下的开关电流波形

在相同的输出功率下,CCM工作模式下的工作效率比DCM工作模式要高,MOS管的损耗也更小,同时在CCM模式下电流通过变压器的交流分量较少,减少了对变压器线圈的损耗。CCM模式的缺点是在控制不当时或者回路响应较慢时,变压器次级电感中的能量不会消耗,会造成次级电感中能量的大量积累,当能量达到一定程度时会造成转换器损坏,威胁到使用者,但是DCM模式不回出现这种问题[4]。

1.4按照反馈分类

开关电源按照反馈类型的不同可以分为4类:

基本反馈电路:电路由简单的分压电阻和稳压电容组成,成本低廉,适用于小成本经济型开关,但是负载调整率较差,一般在±5%左右。

改进版反馈电路:在变压器次级电感线圈上增加一个电阻和稳压管。可以有效的提高负载调整率[3]。