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反激電源工作原理-反激電源高壓MOS管尖峰電流來(lái)源與減小方法-KIA MOS管

信息來(lái)源:本站 日期:2019-06-28 

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反激電源工作原理-反激電源高壓MOS管尖峰電流來(lái)源與減小方法

反激式開(kāi)關(guān)電源是指使用反激高頻變壓器隔離輸入輸出回路的開(kāi)關(guān)電源,與之對(duì)應(yīng)的有正激式開(kāi)關(guān)電源。“反激”(FLY BACK)具體所指當(dāng)開(kāi)關(guān)管接通時(shí),輸出變壓器充當(dāng)電感,電能轉(zhuǎn)化為磁能,此時(shí)輸出回路無(wú)電流;相反,當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí),輸出變壓器釋放能量, 磁能轉(zhuǎn)化為電能,輸出回路中有電流。


反激式開(kāi)關(guān)電源中,輸出變壓器同時(shí)充當(dāng)儲(chǔ)能電感,整個(gè)電源體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,所以得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用最多的是單端反激式開(kāi)關(guān)電源。


優(yōu)點(diǎn):元器件少,電路簡(jiǎn)單,成本低,體積小,可同時(shí)輸出多路互相隔離的電壓


缺點(diǎn):開(kāi)關(guān)管承受電壓高,輸出變壓器利用率低,不適合作大功率電源 EMI比較大


一般而言,100W以?xún)?nèi)的開(kāi)關(guān)電源通常采用單端反激式,超過(guò)100W-300W的開(kāi)關(guān)電源通常采用正激式或半橋式,300W以上電源通常采用全橋式。


反激電源高壓MOS管尖峰電流解析

做電源的都測(cè)試過(guò)流過(guò)高壓MOS的電流波形,總會(huì)發(fā)現(xiàn)電流線性上升之前會(huì)冒出一個(gè)尖峰電流,并且有個(gè)時(shí)候甚至比正常的峰值電流還要高??雌饋?lái)很不爽。那這尖峰怎么來(lái)的,如何減小它呢?


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電流尖峰的來(lái)源

1、MOS管開(kāi)啟時(shí)驅(qū)動(dòng)電流由G流到S到地這條路徑是有電流的(驅(qū)動(dòng)電路上有驅(qū)動(dòng)電阻限制驅(qū)動(dòng)電流的這個(gè)電流不大);


2、另外一條通路從MOS下來(lái)的,從表面上看這條通路連接電感,電感上的這個(gè)電流實(shí)際上就是主電流是從0緩慢(相對(duì)于尖峰電流)上升的,但別忘了還有一個(gè)隱藏的通路就是變壓器原邊繞組是有寄生電容的(層間電容和匝間電容),這個(gè)寄生電容里面存儲(chǔ)的電量瞬間由MOS到地放出,會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大尖峰電流。


3、還有一個(gè)就是從副邊耦合過(guò)來(lái)的電流,我們都知道副邊整流二極管從導(dǎo)通(正偏)到反偏的這個(gè)過(guò)程中二極管有一個(gè)反向恢復(fù)電流。這個(gè)反向恢復(fù)電流是通過(guò)二極管和變壓器副邊繞組的,它會(huì)通過(guò)耦合折射到原邊繞組上的(注意:在DCM下沒(méi)有反向恢復(fù)電流)。


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MOS管尖峰電流對(duì)電源的害處

1、就是由于這個(gè)尖峰的存在,開(kāi)關(guān)電源芯片為了防止誤觸發(fā)加入了前沿消隱,如果太高還是有可能誤觸發(fā)。


2、這個(gè)尖峰(di/dt很大)對(duì)開(kāi)關(guān)電源EMI影響不小。


3、這個(gè)尖峰電流會(huì)增大MOS開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)的交越損耗,降低效率


減小電流尖峰對(duì)策

① 變壓器使用三明治繞法使原邊繞組分開(kāi)

② 減小原邊繞組的匝數(shù)(比如可以用Ae值比較大的磁芯(PQ等)可以減少變壓器匝數(shù))

③ 盡量繞成單層繞組


2、減少副邊反向恢復(fù)電流

① 如果是功率很小的開(kāi)關(guān)電源把變壓器設(shè)計(jì)在DCM模式下運(yùn)行(DCM無(wú)反向電流)。

② 使用準(zhǔn)諧振芯片(準(zhǔn)諧振也是在DCM)

③ 使用反向恢復(fù)特性好的二極管,比如肖特基,當(dāng)然還有碳化硅二極管,注意碳化硅二極管成本非常高。


反激式開(kāi)關(guān)電源的工作原理

反激式:反激式開(kāi)關(guān)電源是指使用反激高頻變壓器隔離輸入輸出回路的開(kāi)關(guān)電源?!胺醇ぁ敝傅氖窃陂_(kāi)關(guān)管接通的情況下,當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出線路中串聯(lián)的電感為放電狀態(tài);相反,在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)的情況下,當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出線路中的串聯(lián)的電感為充電狀態(tài)。


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工作原理: 變壓器的一次和二次繞組的極性相反,這大概也是Flyback名字的由來(lái): a.當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí),變壓器原邊電感電流開(kāi)始上升,此時(shí)由于次級(jí)同名端的關(guān)系,輸出二極管截止,變壓器儲(chǔ)存能量,負(fù)載由輸出電容提供能量。 b.當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí),變壓器原邊電感感應(yīng)電壓反向,此時(shí)輸出二極管導(dǎo)通,變壓器中的能量經(jīng)由輸出二極管向負(fù)載供電,同時(shí)對(duì)電容充電,補(bǔ)充剛剛損失的能量。 反激電路的演變: 可以看作是隔離的Buck/Boost電路:


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在反激電路中,輸出變壓器T除了實(shí)現(xiàn)電隔離和電壓匹配之外,還有儲(chǔ)存能量的作用,前者是變壓器的屬性,后者是電感的屬性,因此有人稱(chēng)其為電感變壓器,有時(shí)我也叫他異步電感。


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