准谐振、零电流开关DC
为了减小体积和重量，60年代出现了开关频率高于市电工作频率的开关转换器。最初，开关转换器的工作频率在20 kHz – 30 kHz 之间。70年代以后，随着先进器件(比如高速晶体管)的推广应用，开关频率可达到超过100 kHz。但是，随开关频率升高而增大的开关损耗，严重影响开关转换器的性能。为了减小开关损耗，出现了开关频率高达 1 MHz 的准谐振、零电流开关(ZCS) DC-DC 转换器。每个开关器件均在零电流时导通与关断，这样开关损耗只与导通电流有关而与开关频率无关。在每个开关周期内，转换器都向输出端传输高频能量。
?目前，开关转换器通常都封装成高功率密度的砖式模块，如图1 所示。电源系统设计师在选择DC-DC转换器模块时，通常只考虑体积、效率和价格，但很少考虑电路结构。由于目前转换器采用的电路结构(基本的电源转换电路)有许多种，所以了解转换器的电路结构，有助于选择适当的转换器。
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?图1 - 高密度DC-DC 转换器模块，根据输入电压、输出电压和输出功率不同，转换器模块有上千种组合。这里显示的是体积最小的模块；尺寸为2.28 x 1.45 x 0.5 英寸(57.9 x 36.8 x 12.7 mm)，最大输出功率可达150 W。?本文主要说明准谐振、零电流开关DC-DC 转换器的电路结构和工作原理。还讨论各种电路结构的不同特点和某些优点。
?图2 是一个准谐振、零电流开关DC-DC 转换器的简化电路图。由于单只固体开关导通时，能量由电源传输到负载，所以这种转换器称为单端正激转换器。该转换器为准谐振转换器，开关在零电流处转换，真正消除了开关损耗。但是，它又与谐振转换器不同，电容器Cr 中贮存的能量不能返回到电
全谐振开关电源的原理 设计谐振变换器中的变压器 (design for an LLC resonant converter(transformer )设计全过程! 近段时间LLC谐振变换器备受关注,因为它优于常规的串联谐振变换器和并联谐振变换器:在负载和输入变化较大时,频率变化很小,且全负载范围内切换可实现零电压转换(ZVS), 下面我们就来讨论这种线路结构种的变压器设计. 当然在设计变压器之前还有些其它线路的设计,大概总结如下: a) 定义系统参数, 比如说目标效率. 输入电压范围等 b) 确定谐振网络的最大和最小电压增益 M min=Vro/Vinmax/2=Lm+n^2Llks/Lm=Lm+Llkp/Lm M max= Vin max/Vin min*M min c) 确定变压器圈数比(n=Np /Ns) n=Vin max/{2(Vo+2Vf)}*M min. d) 计算等效负载电阻(Rac) Rac={8n^2/(3.14)^2}*(Vo^2/Po)*Eff e) 设计谐振网络(一般在峰值增益上要有10-15%余量) Cr=1/2*3.14*Q*F0*Rac Lr=1/ (2*3.14*F0)^2*Cr Lp= (k+1)^2/(2k+1)*Lr 注:K值为: Lm/Llkp (激磁电感和初级漏磁电感之间的比)
下面进入主题-----设计变压器: 在设计变压器是应以最坏的情况来考虑,那么此案子是在最低的开关频率发生在最低的输入电压和满负载的情况下. 下面我们来计算原边(Np)最小圈数值.. Np min= n(V0+2Vf)/(2*Fs min* *Ae)-------△B:可以取0.25--0.3T. 然后,选择次级圈数,保证初级圈数大于Np min. Np =n*Ns>Np min 下面我们以一个实例来讨论LLC谐振变换器中的变压器具体设计: 首先根据Ap法算出大概需要的core size ,本例变压器选EER3541(Ae=107mm^2). 接下来再讨论最小的开关频率,在设计LLC谐振变压器时可以根据增益曲线可以从图表上查出,,,然后再按上述的公式来算初,次级的圈数.... 接下来就是和我们普通的变压器设计流程一样.... 下一步是来讨论变压器的构造... 因为LLC 谐振变换器是充分利用变压器的Lp,Lr..故在结构设计中应该留心... 刚有谈到LLC谐振变换器是充分利用变压器的Lp,Lr,则1在设计时需要一个相对较大的Lr值.我们一般可以采用一种可组合线轴.以获得理想的Lr值... 这种结构,线圈数和绕线结构是决定Lr大小的主要因素,而变压器的磁心气隙长度不会影响Lr太多...但,我们可以通过调整气隙长度来轻松控制Lp.. 最后我们来选择谐振电容.... 大家都知道,在选择谐振电容时必须考虑额定电流,因为会有相当数量的电流流经电容... 通过谐振电容器的均方根可表示为: Icr (rms)=√ {(3.14*Io/2√2n)^2 }+ {n(Vo+2*Vf)/4√2FoLm}^2
反激式开关电源电路图讲解 一，先分类 开关电源的拓扑结构按照功率大小的分类如下： 10W以内常用RCC(自激振荡)拓扑方式 10W-100W以内常用反激式拓扑(75W以上电源有PF值要求) 100W-300W 正激、双管反激、准谐振 300W-500W 准谐振、双管正激、半桥等 500W-2000W 双管正激、半桥、全桥 2000W以上全桥 二，重点 在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市场的70-80%,而其中反激式电源又占大部分,几乎常见的消费类产品全是反激式电源。 优点：成本低,外围元件少，低耗能，适用于宽电压范围输入,可多组输出. 缺点：输出纹波比较大。(输出加低内阻滤波电容或加LC噪声滤波器可以改善) 今天以最常用的反激开关电源的设计流程及元器件的选择方法为例。给大家讲解如何读懂反激开关电源电路图! 三，画框图 一般来说，总的来分按变压器初测部分和次侧部分来说明。开关电源的电路包括以下几个主要组成部分，如图1
图1，反激开关电源框图 四，原理图 图2是反激式开关电源的原理图，就是在图1框图的基础上，对各个部分进行详细的设计，当然，这些设计都是按照一定步骤进行的。下面会根据这个原理图进行各个部分的设计说明。 图2 典型反激开关电源原理图
五，保险管 图3 保险管 先认识一下电源的安规元件—保险管如图3。 作用：安全防护。在电源出现异常时，为了保护核心器件不受到损坏。 技术参数：额定电压 ,额定电流 ,熔断时间。 分类：快断、慢断、常规 计算公式：其中：Po：输出功率 η效率：(设计的评估值) Vinmin ：最小的输入电压 2：为经验值，在实际应用中，保险管的取值范围是理论值的1.5~3倍。 0.98： PF值 六，NTC和MOV NTC 热敏电阻的位置如图4。 图4 NTC热敏电阻 图4中的RT为NTC，电阻值随温度升高而降低,抑制开机时产生的浪涌电压形成的浪涌电流。
准谐振和谐振转换-两种提高电源效率的技术 准谐振和谐振转换-两种提高电源效率的技术 全球对能源成本上涨、环保和能源可持续性的关注正在推动欧盟、美国加州等地的相关机构相继推出降低电子设备能耗的规范。交流输入电源，不论是独立式的还是集成在电子设备中的，都会造成一定的能源浪费。首先，电源的效率不可能是100%的，部分能量在电源大负载工作时被浪费掉。其次，当负载未被使用时，连接交流线的电源会以待机功耗的形式消耗能量。 近年来，对电源效率等级的要求日趋严格。最近，80%以上的效率已成为了基本标准。新倡议的能效标准更是要求效率达到87%及以上。此外，只在满负载下测量效率的老办法已被淘汰。目前的新标准涉及了额定负载的25%、50%、75%和100%这四个点的四点平均水平。同样地，最大允许待机功耗也越来越受到限制，欧盟提议所有设备的待机功耗均应低于500mW，对于我们将讨论的电视机，则小于200mW。 除专家级的高效率电源设计领域之外，电子设备中所用的功率范围从1W 到500W的交流输入电源，一直以来主要采用两种拓扑：标准(或硬开关)反激式(flyback)拓扑，和双开关正激拓扑。这两种拓扑都很易于理解，而它们存在的问题，以及如何予以避免，业界都已有充分的认识。 不过，随着对效率的要求不断提高，这两种拓扑将逐渐为三种新的拓扑所取代：准谐振反激式拓扑、LLC谐振转换器拓扑和不对称半桥拓扑。准谐振反激式拓扑已被成功用于最低功率级到200W以上的范围。在70W-100W范围，LLC谐振转换器比准谐振反激式拓扑更有效。而在这
两个功率级之上，不对称半桥转换器也很有效。 工作原理 准谐振和谐振拓扑都能够降低电路中的导通开关损耗。图1对比了连续传导模式(CCM)反激式、准谐振反激式和LLC谐振转换器的导通开关波形。 所有情况下的开关损耗都由下式表示： 这里，PTurnOnLoss为开关损耗；ID为漏极电流；VDS是开关上的电压；COSSeff是等效输出电容值(包括杂散电容效应)；tON是导通时间，而fSW是开关频率。 a)CCM反激式转换器b)准谐振反激式转换器c)LLC谐振转换器 图1CCM反激式、准谐振反激式和LLC谐振转换器的开关波形比较CCM反激式转换器的开关损耗最高。对于输入电压范围很宽的设计，VDS 在500V–600V左右，是输入电压VDC与反射输出电压VRO 之和。进入不连续传导模式(DCM)时，漏电流降为零，开关损耗的第一项也随之降为零。在准谐振转换器中，若在电压波形的第一个(或后一个)波谷时导通，可进一步降低损耗。图中虚线所示为准谐振转换器在第一个谷底导通时的漏极波形。 如果准谐振反激式转换器的匝数比为20，输出电压为5V，则VRO等于100V，因此对于375V的总线电压，开关将在275V时导通。若有效
正反激励式准谐振软开关电源 摘要：以UCC28600D芯片为核心，结合正、反激励共用方式构建准谐振软开关电源。以正激励为主，正、反激励相互配合，拓展功率输出能力；采用定功率法设计开关电源变压器，控制反激励电压值略高于输入线电压；有效发挥谐振作用，降低激励管开通损耗和开通噪声，利用滤波电感的续流作用消除正激励整流二极管的关闭噪声。所设计的开关电源具有高度洁净的输出电压，电源输出口的扰讯电压和开关周期的脉动电压均限制在5 mV以下，整体工作效率达85%，开关电源中正、反激励共用方式具有明显优势。关键词：开关电源；准谐振；单极性；正反激励 早期的开关电源通过强制开通或关闭激励管的方式工作，其开关噪声和开关损耗大，工作效率难以进一步提高。软开关技术则利用LC谐振来调整开关时刻的电流或电压值，以达到开关损耗最小的目的，在开关噪声和工作效率方面都优于硬开关电源。因此，谐振式开关电源将得到快速发展。实现软开关工作的芯片有多种型号，且工作原理各不相同。例如准谐振反向控制器UCC28600芯片，以反激励电压下降至最低值后开通激励管、激励电流达到峰值或定时关闭激励管的方式工作，单极性输出，其开关频率随输出功率而变化，一般用于小功率电源；谐振模式控制器UCC25600是基本固定谐振频率，利用反馈自动调节开关频率，使电路在谐振与失谐之间调整，改变有效激励功率，双极性输出，一般用于100 W～1 kW的电源。本文以UCC28600D芯片为基础，研究这类软开关电源的设计要点。1 UCC28600D芯片工作特点 UCC28600D芯片是多模式准谐振反向控制器，自身功耗低，只有8个端口，电路连接简单。该芯片内部设置有可变振荡频率的振荡器，自身并不直接决定输出脉冲频率。其脉冲输出与脉冲关闭方式由芯片的外部电路状态决定：当电压状态检测保护端7的电位下降至最低值(电压谷点)时，开通输出脉冲；当7端口流出的电流达到450 μA(此时端电位为0 V)或者7端口端电压超过3.75 V时，均进入过压保护状态；根据检测到的3端电位值关闭输出脉冲或定时关闭脉冲，准谐振模式或不连续模式下为0.4 V～0.8 V，折返模式下3端口电位固定为0.4 V，不再对激励电流做检测，由内部定时关闭脉冲。芯片的脉冲频率总是在40 kHz～130 kHz之间通过2端口的电位自动调整，而2端口的电位是由电源输出参数（预设的电压或电流值）进行闭环调整：4.0 V～5.0 V时工作在准谐振模式的断续状态；2.0 V～4.0 V 时工作在准谐振模式的连续状态(130 kHz)；1.4 V～2.0 V时工作在频率折返模式(40 kHz～130 kHz)；0.5 V～1.4 V时工作在低频率节能模式。脉冲频率越高，输出功率越小，这正是反激励电路的一个特征。所以UCC28600D适合反激励工作方式。2 由UCC28600D构建的软开关电源电源工作在反激励方式下，可以通过调整脉冲频率的方式改变输出功率。而对于正激励方式，需要通过改变脉冲占空比的方式调整输出功率的大小，UCC28600D芯片本身的变频率功能起不到直接作用。反激励电源的工作方式是先将电能转换成磁场能储存在磁路或者磁芯材料中，然后在下一个时间段再将磁场能转换成电能输出。单位时间内所储存的磁场能大小决定着反激励电源的输出功率大小。磁芯材料的可用储能大小可以由下式计算[1]：其中μr是材料的相对磁导率，V是磁芯材料体积(以mm3为单位)，Bm是最大工作磁感应强度(以T为单位)。磁芯材料储能能力除了与其体积成正比外，还与最大磁感应强度成正比，与相对磁导率成反比。以EC2828铁氧体磁芯变压器为例，其磁芯体积约为5 800 mm3，最大磁感应强度只能取为0.4 T，而最大可用磁感应强度只有0.2 T左右（取值与工作频率有关）[2]，相对磁导率约为2 000。磁芯紧密结合时，最大储能为46 μJ，以100 kHz脉冲频率计算，最大输出功率约为4.6 W，而同样规格的磁芯以正激励方式工作的输出功率在50 W以上。若在磁路中设置气隙，虽然可以增加储能量，但会增加漏磁。可见单纯地采用反激励方式并不是最佳方案，难以发挥出应该具备的供电能力。本文设计中采用以正激励为主的单极性正反激励共用方式，使电源能够提供尽量大的功率，同时，在每一个周期的供电时间上更
Quasi-Resonant (准谐振) Converter Topology : 简介： Advantage： 1)可以降低MOSFET 开关损耗，从而提高可靠性 2)可以改善EMI 特性，在增加功率传输效率的同时减少EMI 干扰，减少滤波器使用数量，降低成本 备注：谐振电路的定义—在具有R 、 L、 C 的交流电路中，电路两端的电压和电流位相一般是不同的，如果通过变更L 、C的参数或电源频率使其达到电压与电流的位相相同，此时电路呈现纯电阻性，这种状态就叫做谐振。在这种情况下，电路的电阻值达到极值（最大或者最小）。谐振分为串联谐振和并联谐振。 3)当工作在 discontinuous conduction mode 时，转换器会侦测到drain （漏极）电压波谷并在drain电压最小时开启MOSFET. 当工作在 continuous conduction mode 时，转换器会工作在固定工作频率。 工作机理： 1）当MOSFET 在导通时（Ton），输入电压Vin加在初级线圈上 Lm ，此时MOSFET 电流Ids 从0线性增加至最大值Ipk，在这段时间内，能量储存在 初级电感，为（Lm*Ipk*Ipk）/2 . 2）当MOSFET 关闭时，储存在线圈中的能量导致次级输出端的整流二极管开启。 在二级管开启的时间内（Td），输出电压Vo施加在次级线圈上，此时整流 二极管的电流从最大值Ipk*Np/Ns线性减少, 而此时输入电压Vin和次级线 圈反馈到初级线圈的点烟V0*Np/Ns 叠加到FET 上。 3）当二极管电流降至0时，FET的Vds 电压通过初级线圈Lm以及FET 的输出电容Coss以振幅V0*Np/Ns开始共振。当Vds达到最小值时，准谐振开关开启 MOSFET。这样就可以减少由于漏极与源极之间的电容导致的开关损益。这 就是所谓的ZVS . 4）当输出负载减少或者输入电压增大的时候， MOSFET 的Ton会减少并且开关频率增加。这就会导致严重的开关损失以及间歇性开关和噪音问题。 相关图形请参看以下：
https://www.doczj.com/doc/f714542121.html, LLC半桥谐振开关电源原理介绍与逆变电路 LLC半桥谐振原理介绍 随着开关电源技术的研究与发展，高效电路模块（软开关）技术得到了广泛的应用，主要为谐振型的软开关拓扑和 PWM 型的软开关，近几年来，随着半导体器件制造技术的发展，开关管的导通电阻、电容和反向恢复时间越来越小了，对于谐振变换器来说，如果设计得当，能实现软开关变换，使得开关电源具有较高的效率，LLC 谐振变换器实际上来源于不对称半桥电路，后者用调宽型(PWM)控制，而 LLC 谐振是调频型（PFM）电源电路。0928E LLC半桥谐振电源开关原理框图 在工作中，半桥串联谐振的DC-DC转换器通过改变开关管的开关频率进行转换，谐振网络的输入电压频率也将同步发生改变，谐振网络的阻抗也将发生改变，并
https://www.doczj.com/doc/f714542121.html, 进一步影响负载端的电压发生相应的变化。由于这种分压作用，串联谐振变换器的直流电压增益≤1，当电路的开关频率工作在谐振频率Lr和Cr谐振点时，谐振网络的阻抗达到最小，输入的电压绝大部分传递到负载端，此时变换器的直流电压增益最大为1。 LLC半桥谐振逆变电路 根据负载结构的不同形式，逆变器分为两种形式：串联谐振逆变器，即电容与负载串联连接，也称电压源型逆变器；并联谐振逆变器，即电容与负载并联连接，也称电流源型逆变器。本文主要对串联谐振逆变器的主电路结构、控制和调功方法进行研究。 全桥串联谐振逆变器串联谐振逆变器分为全桥串联谐振逆变器和半桥串联谐振逆变器两类，首先对全桥串联谐振逆变器进行介绍，其电路结构如下所示。0928F
https://www.doczj.com/doc/f714542121.html, 串联型逆变器根据负载工作状态的不同可以分为三种工作模式：容性状态、感性状态和谐振状态，状态下负载电压和电流的相位关系，分别为负载电压、负载电流的波形，负载电压与负载电流之间的相位角。 桥臂谐振电容与负载串联，而不是自成回路，即流过负载的电流将全部流过开关管IGBT，因此，在这种电路中一般采用多个开关管并联，两类半桥串联谐振逆变器结构上的不同在于对于第1类半桥串联谐振逆变器，谐振电容与负载槽路直接串联，此类逆变器一般应用于小功率领域；半桥串联谐振逆变器，两个谐振电容相当于是两个桥臂，一般用于较大功率。
开关电源主要名词解 释
开关电源主要名词解释 1．脉宽调制（Pulse Width Modulation–PWM） 开关电源中常用的一种调制控制方式。其特点是保持开关频率恒定，即开关周期不变，改变脉冲宽度，使电网电压和负载变化时，开关电源的输出电压变化最少。 2．占空比（Duty Cycle Ratio） 一个周期T内，晶体管导通时间t oN所占比例。占空比D=t oN/T。 3．硬开关（Hard Switching） 晶体管上的电压（或电流）尚未到零时，强迫开关管开通（或关断），这是开关管电压下降（或上升）和电流上升（或下降）有一个交叠过程，因而，开关过程中管子有损耗，这种开关方式称为硬开关。 4．软开关（Soft Switching） 使晶体管开关在其中电压为零时开通，或电流为零关断，从而在开关过程中管子损耗接近于零，这种开关方式称为软开关。 5．谐振（Resonance） 谐振是交流电路中的一种物理现象。在理想的（无寄生电阻）电感和电容串联电路输入端，加正弦电压源，当电源的频率为某–频率时，容抗与感抗相等，电路阻抗为零，电流可达无穷大，这一现象称为串联谐振。同理，在理想的LC并联电路加正弦电流源时，电路的总导纳为零，元件上的电压为无穷大，称为并联谐振。电路谐振时有两个重要参数：
谐振频率–谐振时的电路频率，w0=1／√LC，称为谐振频率。 特征阻抗–谐振时，感抗等于容抗。其值为：Zo=√L／C,称为特征阻抗。当LC串联突加直流电压时,电路中电流按正弦规律无阻尼振荡，其频率即电路的谐振频率,或称振荡频率. 6．准谐振（Quasi–Resonance） 对于有开关的LC串联电路，当电流按谐振频率振荡时，如果开关动作，使电流正弦振荡只在一个周期的部分时间内发生，电流呈准正弦，这一现象称为准谐振。同样，在LC并联电路中，借助开关动作，也可获得准谐振。 7．零电压开通（Zero–Voltage–Switching，简称ZVS） 利用谐振现象，在开关变换器中器件电压按正弦规律振荡到零时，使器件开通，称为ZVS。 8．零电流关断（Zero–Current–Switching，简称ZCS） 同理，当开关变换器的器件电流按正弦规律振荡到零时，使器件关断，称为ZCS。 9．PWM开关变换器（PWM Switching Converler） 用脉宽调制方式控制晶体管开关通、断的开关变换器。它属于恒频控制的硬开关类型。 10．离线式开关变换器（Off–Line Switching Converter） 是一种AC／DC变换器，其输入端整流器和平波电容直接接在交流电网上。11．谐振变换器（Resonant Converter） 利用谐振现象，使开关变换器中器件上的电压或电流按正弦规律变化，从而创造了ZVS或ZCS的条件，称为谐振变换器。分串联和并联谐振变换器两种。在桥式
电力电子技术课程设计 班级：电气1102 学号：111704207 姓名：韩爽 扬州大学水利与能源动力工程学院 电气工程及其自动化 二零一五年一月
目录 第1章任务书 (1) 一、课程设计的内容 (1) 二、课程设计的目的和要求： (1) 三、仿真软件的使用 (1) 四、时间安排 (2) 五、设计总结报告主要内容 (2) 第2章软开关的类型 (4) 2.1 软开关的基本概念 (4) 2.2 软开关电路分类 (6) 2.3 谐振开关变换器工作原理 (8) 第3章主要单元电路 (10) 3 .1零电压开关准谐振变换器 (10) 3.1.1几种常见结构 (10) 3.1.2工作原理 (11) 第4章主电路的设计及参数的确定方法 (14) 4.1零电压多谐振降压式变换器工作原理 (14) 4.2设计参数的确定 (15) 第5章理论仿真结果分析 (16) 5.1原件参数的仿真研究 (16) 第6章心得体会 (18) 参考文献 (19)
第1章任务书 一、课程设计的内容 零电压多谐振降压式变换器及其研究 二、课程设计的目的和要求： 1、进一步熟悉和掌握电力电子原器件的器件； 2、进一步熟悉和掌握电力电子电路的拓扑结构和工作原理； 3、掌握电力电子电路设计的基本方法和技术，掌握有关电路参数设计的方法； 4、培养对电力电子电路的性能分析的能力； 5、培养撰写研究设计报告的能力。 三、仿真软件的使用 在电力电子系统中，需要应用大功率开关器件，因此对工程人员来说对所设计的电路最好能通过计算机分析和仿真，不断修改和完善电路。 PSPICE是当今世界上著名的电路仿真标准工具之一，是较早出现的EDA软件之一，1985年就由MICROSIM公司推出。现在使用较多的是PSPICE 6.2，工作于Windows环境，整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成，使用时是一个整体，但各个部分各有各的窗口。新推出的版本为PSPICE 9.2，是功能强大的模拟电路和数字电路混合仿真EDA软件。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一个窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，包括IGBT、脉宽调制电路、模／数转换、数／模转换等，都可以得到精确的仿真结果。对于库中没有的元器件模块，还可以自已编辑。PSPICE可以对电路进行以下一些工作： 1.制作实际电路之前，仿真该电路的电性能，如计算直流工作点（Bias Point），进行直流扫描（DC Sweep）与交流扫描（AC Sweep），显示检测点的电压电流波形等。 2.估计元器件变化（Parametric）对电路造成的影响。 3.分析一些较难测量的电路特性，如进行噪声（Noise）、频谱（Fourier）、器件灵敏度（Sensitivity）、温度（Temperature）分析等。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/f714542121.html, 准谐振反激式开关电源设计 作者：李惺靳丽钱跃国李向锋 来源：《现代电子技术》2013年第21期 摘要：设计了一种基于UCC28600控制器的准谐振反激式开关电源电路，分析了准谐振反激式开关电源的工作原理及实现方式，给出了电路及参数设计和选择过程，以及实际工作开关波形。实验证明，准谐振反激式开关电源具有输入电压范围宽、转换效率高、低EMI、工作稳定可靠的特点。准谐振技术降低了MOSFET的开关损耗，提高产品可靠性。此外，更软的开关改善了电源的EMI特性，允许设计人员减少滤波器的数目，降低了产品成本。 关键词：准谐振；反激； CRM； DCM； FFM； UCC28600 中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）21?0148?04 准谐振转换是十分成熟的技术，广泛用于消费产品的电源设计中。新型的绿色电源系列控制器实现低至150 mW的典型超低待机功耗。本文将阐述准谐振反激式转换器是如何提高电源效率以及如何用UCC28600设计准谐振电源。 1 常规的硬开关反激电路 图1所示为常规的硬开关反激式转换器电路。这种不连续模式反激式转换器（DCM）一个工作周期分为三个工作区间：（[t0～][t1]）为变压器向负载提供能量阶段，此时输出二极管导通，变压器初级的电流通过Np：Ns的耦合流向输出负载，逐渐减小；MOSFET电压由三部分叠加而成：输入直流电压[VDC、]输出反射电压[VFB、]漏感电压[VLK。]到[t1]时刻，输出二极管电流减小到0，此时变压器的初级电感和和寄生电容构成一个弱阻尼的谐振电路，周期为2π[LC]。在停滞区间（[t1～][t2]），寄生电容上的电压会随振荡而变化，但始终具有相当大的数值。当下一个周期[t2]节点，MOSFET 导通时间开始时，寄生电容（[COSS]和[CW]）上电荷会通过MOSFET放电，产生很大的电流尖峰。由于这个电流出现时MOSFET存在一个很大的电压，该电流尖峰因此会做成开关损耗。此外，电流尖峰含有大量的谐波含量，从而产生EMI。 2 准谐振反激式设计的实现 利用检测电路来有效地“感测”MOSFET漏源电压（[VDS]）的第一个最小值或谷值，并仅在这时启动MOSFET导通时间，由于寄生电容被充电到最低电压，导通的电流尖峰将会最小化。这情况常被称为谷值开关（Valley Switching）或准谐振开关。这种电源是由输入电压/负载条件决定的可变频率系统。换言之，调节是通过改变电源的工作频率来进行，不管当时负载或输入电压是多少，MOSFET始终保持在谷底的时候导通。这类型的工作介于连续（CCM）
第七章谐振软开关技术 随着电力电子器件的高频化，电力电子装置的小型化和高功率密度化成为可能。然而如果不改变开关方式，单纯地提高开关频率会使器件开关损耗增大、效率下降、发热严重、电磁干扰增大、出现电磁兼容性问题。80年代迅速发展起来的谐振软开关技术改变了器件的开关方式，使开关损耗可原理上下降为零、开关频率提高可不受限制，故是降低器件开关损耗和提高开关频率的有效办法。 本章首先从PWM电路开关过程中的损耗分析开始，建立谐振软开关的概念；再从软开关技术发展的历程来区别不同的软开关电路，最后选择零电压开关准谐振电路、零电流开关准谐振电路、零电压开关PWM电路、零电压转换PWM电路和谐振直流环电路进行运行原理的仔细分析，以求建立功率器件新型开关方式的概念。 7.1 谐振软开关的基本概念 7.1.1开关过程器件损耗及硬、软开关方式 无论是DC—DC变换或是DC—AC变换，电路多按脉宽调制（PWM）方式工作，器件 处于重复不断的开通、关断过程。由于器件上的电压、电流会在开关过程中同时存在，因而会出现开关功率损耗。以图7-1（a）Buck变换电路为例，设开关器件VT为理想器件，关断时无漏电流，导通时无管压降，因此稳定通或断时应无损耗。 图7-1（b）为开关过程中VT上的电压、电流及损耗的波形，设负载电流恒定。 图7-1 Buck变换电路开关过程波形 当VT关断时，负载电流改由续流二极管VD提供。若再次触发导通VT，电流从VD 向VT转移（换流），故期间上升但，直至才下降为零。这样就产 生了开通损耗。当停止导通VT时，从零开始上升，在期间维持，直至 ，才减小为零，这样就产生了关断损耗。 若设器件开关过程中电压、电流线性变化，则有 （7-1）
LLC谐振半桥电路分析与设计 一、简介 在传统的开关电源中，通常采用磁性元件实现滤波，能量储存和传输。开关器件的工作频率越高，磁性元件的尺寸就可以越小，电源装置的小型化、轻量化和低成本化就越容易实现。但是，开关频率提高会相应的提升开关器件的开关损耗，因此软开关技术应运而生。 要实现理想的软开关，最好的情况是使开关在电压和电流同时为零时关断和开通(ZVS，ZCS)，这样损耗才会真正为零。要实现这个目标，必须采用谐振技术。 二、LLC串联谐振电路 根据电路原理，电感电容串联或并联可以构成谐振电路，使得在电源为直流电源时，电路中得电流按照正弦规律变化。由于电流或电压按正弦规律变化，存在过零点，如果此时开关器件开通或关断，产生的损耗就为零。下边就分析目前所使用的LLC谐振半桥电路。基本电路如下图所示： A 图2.1 LLC谐振半桥电路 其中Cr，Lr，Lm构成谐振腔（Resonant tank），即所谓的LLC，Cr起隔直电容的作用，同时平衡变压器磁通，防止饱和。 2.1 LLC电路特征 （1）变频控制 （2）固定占空比50％ （3）在开关管轮替导通之间存在死区时间（Dead Time），因此Mosfet可以零电压开通（ZVS）,二次侧Diode 可以零点流关断，因此二极管恢复损耗很小 （4）高效率，可以达到92％+
（5）较小的输出涟波，较好的EMI 2.2 方波的傅立叶展开 对于图2.1的半桥控制电路，Q1,Q2在一个周期内交替导通，即占空比为50％。所以V A为方波，幅值等于Vin，其傅立叶级数展开为 公式1 其基波分量为 公式2 其中fsw为开关频率，Vi.FHA（t）为谐振腔输入方波电压的基波分量。 相应地，谐振腔输出电压（即理想变压器输出）也为方波 公式3 其基波分量为 公式4 其中为输出电压相对输入电压的相移，实际上为零。 2.3 FHA 电路模型 将图2.1所示电路的非线性电路做等效变换，可以得到下图：
基于TEA1751的反激式准谐振开关电源的设计 摘要：准谐振是一种能够实现零电压开通，减少开关损耗，降低EMI噪声的变换方式。该文介绍了准谐振变换的工作原理，设计并实现了一种采用芯片TEA1751为控制电路的准谐振反激式开关电源。与传统的反激式硬开关变换器相比，减少了开关管的开关损耗，提高了开关电源的效率。 关键词：开关电源；准谐振变换；零电压开关中图分类号：文献标识码：文章编号： 0 引言 随着电力电子技术的发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于电子设备，是当今电子信息产业不可缺少的一种电源方式[1]。 由于开关电源频率的提高，开关电源苦工作在硬开关状态，开关管开通时，开关管的电流上升和电压下降同时进行。关断时，电压上升和电流下降也同时进行。电压、电流波形的交叠产生了开关损耗，该损耗随开关频率的提高而急剧增加。为了提高电源的效率，就必须减少开关管的开关损耗。也就是要求开关电源工作在软开关状态。 软开关技术实际上就是利用电容与电感的谐振，以使开关管上的电压或通过开关管的电流按正弦或者准正弦规律变化，在减少开关损耗的同时也可控制浪涌的发生。在软开关技术中，有全谐振、准谐振、多谐振等变换方式[3]。本文引入准谐振变换方式来提高开关电源的效率。 1 反激式准谐振变换基本工作原理 图1反激式准谐振开关电源的原理图 图1所示为反激式准谐振开关电源的原理图，其中：RP 包括变压器初级绕组的电阻以及线路电阻，T为开关变压器，Lm 为初级励磁电感量，Llk为初级绕组漏感量，VT为MOS开关管，VD为整流二极管，Co为滤波电容，电容Cr 为缓冲电容，也是谐振电容，包括开关管VT 的输出电容COSS ，变压器的层间电容以及电路中的其他一些杂散电容。 图2反激式准谐振开关电源的工作波形 准谐振变换的工作波形如图 2 所示，在准谐振变换中，每个周期可分为4个不同的时间段，各时间段分析如下： （1）t0～t1 时段 开关管导通，输入电压全部加到初级电感（包括励磁电感Lm和漏感Llk）上，电感电流以斜率线性增大。此时能量被存储在初级电感中(称磁化)，开关管的漏源极电压= 0，整流二极管VD 截止。电流达到后开关管被关断。 开关管开通时间为： （1） （2）t1 ～t2 时段 t1 时，MOS开关管被关断。先是Lm与Llk串联对充电，由于两端电压不能突变，开关管的漏源极电压以斜率为 上升。随着的充电，当两端电压为时( 为整流二极管VD的正向导通电压，N为变压器T的初次级匝数比)，VD
为了减小体积和重量，60年代出现了开关频率高于市电工作频率的开关转换器。最初，开关转换器的工作频率在 20 kHz – 30 kHz 之间。70年代以后，随着先进器件(比如高速晶体管)的推广应用，开关频率可达到超过 100 kHz。但是，随开关频率升高而增大的开关损耗，严重影响开关转换器的性能。为了减小开关损耗，出现了开关频率高达 1 MHz 的准谐振、零电流开关 (ZCS) DC-DC 转换器。每个开关器件均在零电流时导通与关断，这样开关损耗只与导通电流有关而与开关频率无关。在每个开关周期内，转换器都向输出端传输高频能量。 目前，开关转换器通常都封装成高功率密度的砖式模块，如图1 所示。电源系统设计师在选择 DC-DC转换器模块时，通常只考虑体积、效率和价格，但很少考虑电路结构。由于目前转换器采用的电路结构(基本的电源转换电路)有许多种，所以了解转换器的电路结构，有助于选择适当的转换器。 图1 - 高密度 DC-DC 转换器模块，根据输入电压、输出电压和输出功率不同，转换器模块有上千种组合。这里显示的是体积最小的模块；尺寸为 2.28 x 1.45 x 0.5 英寸 (57.9 x 36.8 x 12.7 mm)，最大输出功率可达 150 W。 本文主要说明准谐振、零电流开关 DC-DC 转换器的电路结构和工作原理。还讨论各种电路结构的不同特点和某些优点。 图2 是一个准谐振、零电流开关 DC-DC 转换器的简化电路图。由于单只固体开关导通时，能量由电源传输到负载，所以这种转换器称为单端正激转换器。该转换器为准谐振转换器，开关在零电流处转换，真正消除了开关损耗。但是，它又与谐振转换器不同，电容器 Cr 中贮存的能量不能返回到电感 Lr 中。
准谐振反激式电源设计 低成本和高可靠性是离线电源设计中两个最重要的目标。准谐振(Quasi resonant) 设计为设计人员提供了可行的方法，以实现这两个目标。准谐振技术降低了MOSFET的开关损耗，从而提高可靠性。此外，更软的开关改善了电源的EMI特性，允许设计人员减少使用滤波器的数目，因而降低成本。本文将描述准谐振架构背后的理论及其实施，并说明这类反激式电源的使用价值。 基本知识 “准”(quasi)是指有点或部分的意思。在实现准谐振的设计中，现有的L-C 储能电路正战略性地用于PWM电源中。结果是L-C 储能电路的谐振效应能够“软化”开关器件的转换。这种更软的转换将降低开关损耗及与硬开关转换器相关的EMI。由于谐振电路仅在相当于其它传统方波转换器的开关转换瞬间才起作用，故而有“准谐振”之名。 要理解这种设计的拓扑结构，必须了解MOSFET和变压器的寄生特性。MOSFET包含若干个寄生电容，主要从器件的物理结构产生。它们可以数学方式简化为MOSFET输入电容CISS和MOSFET输出电容COSS，这里 CISS = CGS + CDG COSS = CDS + CDG 在硬开关转换器中，输出电容COSS是开关损耗的主要来源。 图1 MOSFET输入和输出电容
图2 变压器的寄生电容 变压器也包含了寄生电容(图2)。这些电容包括绕组间电容和层间电容，它们可以一起转型为单一的电容CW，也是硬开关转换器开关损耗的主要来源。 硬开关转换器中的寄生电容 图3示出传统硬开关反激式转换器。在这种传统的间断模式反激式转换器(DCM) 的停滞时间期间，寄生电容将与VDC周围的主要电感发生振荡。寄生电容上的电压会随振荡而变化，但始终具有相当大的数值。当下一个时钟周期的MOSFET 导通时间开始时，寄生电容(COSS和CW) 会通过MOSFET放电，产生很大的电流尖峰。由于这个电流出现时MOSFET 存在一个很大的电压，该电流尖峰因此会做成开关损耗。此外，电流尖峰含有大量的谐波含量，从而产生EMI。 准谐振反激式设计的实现 如果不用固定的时钟来初始化导通时间，而利用检测电路来有效地“感测”MOSFET (VDS) 漏源电压的第一个最小值或谷值，并仅在这时启动MOSFET导通时间，情况又会如何？结果会是由于寄生电容被充电到最小电压，导通的电流尖峰将会最小化。这情况常被称为谷值开关(Valley Switching) 或准谐振开关。在某些条件下，设计人员甚至可能获得零电压开关(ZVS)，即当MOSFET被激活时没有漏源电压。在这情况下，由于寄生电容没有充电，因此电流尖峰不会出现。这种电源本身是由线路/荷载条件决定的可变频率系统。换言之，调节是通过改变电源的工作频率来进行，不管当时负载或线路电压是多少，MOSFET始终保持在谷底的时候导通。这类型的工作介于连续(CCM) 和间断条件模式(DCM) 之间。因此，以这种模式工作的转换器被称作在边界条件模式(BCM) 下工作。
12W 高性能准谐振开关电源控制芯片DK1208 DK1208——12W高性能准谐振开关电源控制芯片 功能描述 DK1208是一款符合6级能效标准的次级反馈，反激式AC-DC高性能准谐振开关电源控制芯片。芯片内置高压功率管，芯片内还包含有准谐振检测、SLEEP超低待机、自供电等电路，并具有输出短路、次级开路、过温、过压等保护功能。芯片采用高集成度的CMOS电路设计，具有外围元件极少，变压器成本低（隔离输出电路的变压器只需要两个绕组）等特点。 产品特点 l全电压输入85V—265V。 l内置700V功率管。 l专利的自供电技术，变压器无需外部供电绕组,无需启动电阻(降低成品成本)。 l特有的SLEEP技术使芯片具有超低的待机功耗。 l内置PWM准谐振电路，增加电源转换效率和保证良好的EMC特性。l过温、过流、过压以及输出短路，次级开路，光耦失效保护。l4KV防静电ESD测试。 应用领域 12W以下AC-DC应用包括：电源适配器、充电器、电磁炉、空调、DVD、机顶盒等家电产品 。
注：如需最新资料或技术支持，请与我们联系https://www.doczj.com/doc/f714542121.html, -1- DK1208——12W高性能准谐振开关电源控制芯片 封装与引脚定义（DIP8） 极限参数 供电电压VDD…………………………………………………………………-0.3V--8V供电电流VDD………………………………………………………………….100mA ………………………………………………….....-0.3V--VDD+0.3V引脚电压 …………………………………………………………...-0.3V--730V功率管耐压 IS最大电压....………………………………………………………………400mV ……………………………………………………………….1000mW总耗散功率 ……………………………………………………….-25°C--+125°C工作温度 ……………………………………………………….-55°C--+150°C储存温度 …………………………………………………………….+280°C/5S
反激式准谐振开关电源讲解 ●反激式开关电源的最大特点是： ●电路简单、EMI 低。 ●因此，反激式开关电源在小功率和对EMI有要求的场合应用。 反激式开关电源效率相对最低原因 ●开关管关断损耗： ●开关管是在电流最大时关断的，关断过程承载着大电流和高电压； ●变压器的漏感相对大，由于变压器漏感产生的直接、间接损耗在各种电路拓扑中最大； ●开关管的开通过程也存在开通损耗。 关断损耗的减小或消除 ●为了减小开关管的关断损耗，可以在开关管的漏 -源极间并接电容器。这样，在开关管关断过程中，变压器的电流就会从开关管转移到电容器中。 ●由于电容器的电压不能跃变，因此在开关管关断过程中，其漏 -源极电压就是电容器的端电压，按电容器充电规律变化，如果电容器的电压上升速率明显低于开关管的开关速度，则开关管可以在很低的漏 -源极电压下关断。 ●电容器缓冲开关管漏-源极电压上升,很显然，开关管是在很低的电压下关断的，这样就可以大大的减小开关管的关断损耗。 开关管的开通损耗的减小或消除 ●开关管的漏-源极并接电容器可以有效的减小开关管的关断损耗，但是电容器上的电压复
位还像常规技术那样用RCD 方式，开关管的关断损耗的减小就会被 RCD 电路的复位损耗所抵消，甚至RCD 复位损耗明显大于开关管的关断损耗。 ●因此要寻求一种电容器电压的无损耗复位方式。 开关管的开通损耗的减小或消除2 ●要使得电容器电压复位并且无损耗，需要采用 LC 复位方式，如无源无损耗缓冲电路可以消除电容器复位损耗。 ●实际上，无源无损耗缓冲电路也存在着一定的损耗，如复位电感的损耗，二极管的损耗，大概消耗掉整机效率的2~3% 甚至更高； ●如果这些损耗“消除 ”，那么，反激式开关电源的效率会有进一步的提高。 消除开通损耗的方法 ●除此以外，开关管的漏-源极之间的寄生电容器以及线路中的寄生电容，在开关管开通时也会造成损耗。 ●如何采用最简化的电路获得最好的效果？ 基本方法：在开关管漏-源极电压为零时开通 —零电压开通，这在反激式电路拓扑中比较难以实现。如何采用最简单的电路实现？
高性能准谐振开关电源控制芯片DK212成熟型方案应用 高性能准谐振开关电源控制芯片DK212 是一款符合6 级能效标准的次级反馈，反激式AC-DC 高性能准谐振开关电源控制芯片。芯片内置高压功率管，芯片内还包含有准谐振检测、SLEEP 超低待机、自供电等电路，并具有输出短路、次级开路、过温、过压等保护功能。芯片采用高集成度的CMOS 电路设计，具有外围元件极少，变压器成本低（隔离输出电路的变压器只需要两个绕组）等特点。 高性能准谐振开关电源控制芯片DK212产品特点 全电压输入85V—265V。内置700V 功率管。 专利的自供电技术，变压器无需外部供电绕组，无需启动电阻（降低成品成本）。 特有的SLEEP 技术使芯片具有超低的待机功耗。 内置PWM 准谐振电路，增加电源转换效率和保证良好的EMC 特性。 过温、过流、过压以及输出短路，次级开路，光耦失效保护。 4KV 防静电ESD 测试。 高性能准谐振开关电源控制芯片DK212应用领域 12W 以下AC-DC 应用包括：电源适配器、充电器、电磁炉、空调、DVD、机顶盒等家电产品。 极限参数 供电电压VDD …………………………………………………………………-0.3V--8V 供电电流VDD …………………………………………………………………。100mA 引脚电压…………………………………………………。..。. -0.3V--VDD+0.3V 功率管耐压…………………………………………………………。.. -0.3V--730V IS 最大电压。..。………………………………………………………………400mV 总耗散功率………………………………………………………………1000mW 工作温
新型谐振式高效智能开关电源 选题背景 当前市面上开关电源存在缺点：输入电压范围与电源效率矛盾。要想在一个宽输入范围下实现效率90％以上很难。而实际应用中又存在这样的应用场合，如风力发电等新能源的利用。这些新能源的特点是变化较大，如风速的变化范围很宽，光照强度在一天之中也可以有很大变化。因此，宽输入范围的高效电源的研究很有实际意义。下图为各种新能源的利用： 一、现有资源 硬件资源:工科楼电工电子实验室（各种实验设备）。 软件资源: 电力电子PISM仿真软件。 二、变换器特点与指标 1、以风力发电为例，变换器特点有： 风速宽范围变化时，能实现最大功率跟踪(MPPT算法)。 能量可双向流动。 在风速过快时可使后级负载能量回流，对风机电磁制动，防止过速。 采用谐振的方法实现输出开关管的零开关。 2、变换器的具体技术指标如下： 最大输出功率300W 短时过载900W(60sec) 功率为5%~100%时，效率达到90%以上 蓄电池充电管理与保护 变换器过压、过流、欠压、短路保护，过温保护
电磁干扰(传导干扰、辐射干扰)满足相关工业标准 注：实验风机为三相永磁同步电机，风速大范围变化时风机输出电压范围约为：6Vrms~50Vrms 三、主要工作 1、解决变换器的宽输入问题。 2、实现变换器的高效率。 3、电力电子变换器的主要损耗：开关器件的通态损耗与开关损耗。 （1）通态损耗?选用通态电阻小的开关管（如:trench MOSFET） （2）开关损耗?采用谐振开关或其它先进控制技术，实现开关管的ZVS、ZCS 四、已做的工作 选定主电路拓扑：Z源PWM整流电路。拓扑特点：宽输入范围升降压均可，输入功率因数接近1，无需外加电路实现6个桥臂开关管的零电压开通，能量的双向流动。 电路仿真：验证拓扑的功能。电路拓扑及仿真波形如下：