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[电源技术] 为什么要选择反激拓扑结构?

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admin 发表于 2014-4-2 11:57:18 | 显示全部楼层 |阅读模式

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许多书籍都有提到,反激拓扑适用于150W以下功率,但是具体的原因却很少分析,我尝试做些解释。从三个方面分析:开关管、磁性器件、电容

    初级开关管(MOSFET)。假设输入电压恒定为60V,情况同上。从两个方面考虑反激、正激、半桥:选用mosfet的最大耐压和流过mosfet的最大电流有效值。
     
    可见在理想状态下,三种拓扑的差别并没有体现在初级mosfet的导通损耗上(注意半桥使用了两个功率mosfet),开关管的另一个损耗是开关损耗,公式的推导见EXEL文件。假设开通关断有相同损耗,电感量无穷大,则计算公式如下:
    反激: 20121112052156821474835.jpg
    正激: 20121112052156884034836.jpg
    半桥: 20121112052156930954837.jpg   
      
    从公式可以看出,在只针对一个输入电压点优化的情况下,反激的开关损耗最大,正激和半桥没有区别,这是限制反激大功率运用的一个原因。
    次级mosfet
    次级mosfet都是零电压开通关断,不存在开关损耗
    20121112052156993524838.jpg
   
    次级mosfet的导通损耗同样限制了反激在大功率场合的运用,mosfet体内二极管的反向恢复同样产生损耗,值得注意的是这个损耗源于次级,发生在初级mosfet,计算公式如下
    20121112052157056084839.jpg
   
    考虑到半桥的占空比D可以是0.9,所以以上三个公式基本上没有区别。
    3、磁性器件。反激的变压器等效理想变压器和电感器的结合,不知道该如何正激和半桥的磁性器件比较,这里只讨论下为什么反激变压器中漏感的影响大。具体分析见EXEL中《磁性器件》页面
    4、电容。同样关心电容的电流应力和电压。电压应力没什么区别。
   
   20121112052157118644840.jpg
  

   
     
    输入电容电流应力基本没有区别,输出电容上反激的电流应力很糟糕,但需要注意的是,输出电容的电流应力与输出电流成正比,与输出功率并没有直接关系,正激和半桥的输出电容电流应力为0是因为电感假设为无穷大,实际值与△I有关。
    5、总结:通过以上分析,反激不适合大功率引用原因如下:
    初级mosfet开关损耗
    次级mosfet导通损耗
    变压器漏感导致的损耗
    输出电容电流应力
    上面的计算基于输入电压恒定为60V,但实际情况是25~125V。这个情况下,反激拓扑显示出它的优势,可能更恰当的说应该是正激、半桥变得更加难以设计,其原因在于占空比变化过大,导致次级开关管电压应力大,同时初级mosfet的开关损耗可能超过反激
      因为功率为400W,我考虑三个方案:全桥,双相交错有源嵌位正激或反激。全桥初级需要四个mosfet,且驱动要浮驱,比较难找到合适的驱动芯片;双相交错有源嵌位正激需要两个N管,两个P管,同样有驱动芯片难找的问题;同时因为以前没有做过反激,对反激比较感兴趣,在一个以前的同事建议下选择双相交错反激。后来事实证明我当时错误估计了漏感的影响,导致了使用复杂的吸收电路。
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