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1、研发中心 彭磊,反激式开关电源设计解析,（下）,反激开关电源特点,优点 成本低，外围元件少，低耗能，可设置多组输出。 缺点 输出纹波比较大。 弥补缺陷的方法 输出加低内阻滤波电容或加LC噪声滤波器可以改善,电动自行车电源电路原理图,次级侧电路原理图,次级整流二极管的选型,为了降低输出整流损耗，次级整流二极管一般选用肖特基二极管，肖特基二极管有较低的正向导通压降Vf，能通过较大的电流。,输出整流二极管的耐压值,二极管的平均电流值,二极管的峰值电流值,次级整流管的热设计,二极管的热损耗包括正向导通损耗、反向漏电流损耗及恢复损耗。因为选用的是肖特基二极管，反向恢复时间短和漏电流比较小，可忽略不记。
2、二极管的PN结对环境的热阻可以通过DATASHEET查得Rthjc=1.2C/W Tj=Rthjc*Vf*Id_rms+Ta Ta为工作的环境温度 Tj为二极管工作温度理论值 Vf表示二极管的正向导通压降 Id_rms表示通过二极管的平均电流,吸收回路,吸收的本质 ，什么是吸收？ 在拓扑电路的原型上是没有吸收回路的，实际电路中都有吸收，由此可以看出吸收是工程上的需要，不是拓扑需要。 吸收一般都是和电感有关，这个电感不是指拓扑中的感性元件，而是指诸如变压器漏感、布线杂散电感。 吸收是针对电压尖峰而言，电压尖峰从何而来？电压尖峰的本质是什么？ 电压尖峰的本质是一个对结电容的dv/dt充放电过程，而
3、dv/dt是由电感电流的瞬变（di/dt）引起的，所以，降低di/dt或者dv/dt的任何措施都可以降低电压尖峰，这就是吸收。,吸收回路,吸收的作用？ 1、降低尖峰电压 2、缓冲尖峰电流 3、降低di/dt和dv/dt，即改善EMI品质 4、减低开关损耗，即实现某种程度的软开关。 5、提高效率。提高效率是相对而言的，若取值不合理不但不能提高效率，弄不好还可能降低效率。,吸收回路,RC吸收的特点： 1、双向吸收。一个典型的被吸收电压波形中包括上升沿、上升沿过冲、下降沿这三部分，RC吸收回路在这三各过程中都会产生吸收功率。通常情况下我们只希望对上升沿过冲实施吸收。因此这意味着RC吸收效率不高。 2
4、、不能完全吸收。这并不是说RC吸收不能完全吸收掉上升沿过冲，只是说这样做付出的代价太大。因此RC吸收最好给定一个合适的吸收指标，不要指望它能够把尖峰完全吸收掉。 3、RC吸收是能量的单向转移，就地将吸收的能量转变为热能。尽管如此，这并不能说损耗增加了，在很多情况下，吸收电阻的发热增加了，与电路中另外某个器件的发热减少是相对应的，总效率不一定下降。设计得当的RC吸收，在降低电压尖峰的同时也有可能提高效率。,吸收回路,吸收的误区 1、Buck续流二极管反压尖峰超标，就拼命的在二极管两端加RC吸收。 这个方法却是错误的。为什么？因为这个反压尖峰并不是二极管引起的，尽管表现是在这里。这时只要加强MOS
5、管的吸收或者采取其他适当的措施，这个尖峰就会消失或者削弱。 2、副边二极管反压尖峰超标，就在这个二极管上拼命吸收。 这种方法也是错误的，原因很清楚，副边二极管反压尖峰超标都是漏感惹的祸，正确的方法是处理漏感能量。 3、反激MOS反压超标，就在MOS上拼命吸收。 这种方法也是错误的。如果是漏感尖峰，或许吸收能够解决问题。如果是反射电压引起的，吸收不但不能能够解决问题的，效率还会低得一塌糊涂，因为你改变了拓扑。,吸收回路,吸收的计算 书上网络上都有关于吸收回路的计算方法的介绍,但由于寄生参数的影响,这些公式几乎没有实际意义,实际上大部分的RC参数是靠实验来调整的,但RC的组合理论上有无穷多,怎么来
6、初选这个值是很关键的,下面来介绍一些实用的理论和方法 。 1、先不加RC,用容抗比较低的电压探头测出原始的震荡频率.此震荡是有LC 形成的,L主要是变压器次级漏感和布线的电感和输出电容, C主要是二极管结电容和变压器次级的杂散电容。,吸收回路,2、测出原始震荡频率后, 可以试着在二极管上面加电容,直到震荡频率变为原来的1/2.则原来震荡的C值为所加电容的1/3,知道了C就可以算R值了, R=2fL=1/(2fC)。把R加到所加C上,震荡就可以大大衰减。这时再适当调整C值的大小,直到震荡基本被抑制。,吸收回路,吸收电路测试经验总结： 一、吸收电容C的影响 1、并非吸收越多损耗越大，适当的吸收有一
7、个效率最高点。 2、吸收电容C的大小与吸收功率（R的损耗）呈正比关系。即：吸收功率基本上由吸收电容决定。,吸收回路,二、吸收电阻R的影响 1、吸收电阻的阻值对吸收效果干系重大，影响明显。 2、吸收电阻的阻值对吸收功率影响不大，即：吸收功率主要由吸收电容决定。 3、当吸收电容确定后，一个适中的吸收电阻才能达到最好的吸收效果。 4、当吸收电容确定后，最好的吸收效果发生在发生最大吸收功率处。换言之，哪个电阻发热最厉害就最合适。 5、当吸收电容确定后，吸收程度对效率的影响可以忽略。,吸收回路,软件仿真不同阻值时的波形曲线图,次级滤波电容的计算,次级输出电容损耗的计算,Tan() 代表电容的 损失角正切
8、值,ESR1代表电容的内阻,Pcout代表电容的输出损耗,输出电感的计算,IL=Iout/(1-Dmax) 先计算出电感上电流 L=(Vdcmin*Dmax)/(Fs*IL*r) L为电感量 Vdcmin为最小的输入直流电压 Dmax为最大占空比 Fs为开关频率 IL为流经电感的电流 r为系数取值0.4,反馈回路采用最常用的TL431加光耦电路。 外围元件由ZD2、R6、R15、R17、R10、R16组成。 ZD2为43V稳压管，因电流很小，工作在反向导通区。选43V是因为TL431最大的可调节电压是36V，为了能使用这个精密可调器件，我们必须把电压降低到TL431可正常工作的范围内。 R6为
9、保证TL431死区电流的大小，输出电压大于7.5V时TL431死区电流可以通过光耦发光二极管的导通提供，因此可以不加，低于7.5V时，R6=Vout-(Vref-Vb)/1mA Vout表示输出电压；Vref表示基准电压2.5V；Vb表示管压降0.7V。 TL431中的总偏置就接近 5mA，而经验显示这 5mA 的电流可实现足够的性能，而不会牺牲待机能耗。R15=Vout/5mA. 减小光耦LED串联电阻 R15并不会改变TL431的电流，因为 TL431 的电流由初级端反馈电流 IC 施加，通过光耦合器电流传输比(CTR)反射在 LED 中。改变 R15 值会影响中带增益，而非 TL431
10、偏置，因为系统采用闭环形式工作。 R17、 R10、R16组成的分压器在输出电压达到目的值时。R10与R17的节点电压刚好等于431内部参考电压。,反馈分压回路,反馈补偿回路,C8、C4、R19组成了431所需的回收回路补偿，以便稳定控制回路。 稳定的反馈环路对开关电源来说是非常重要的，如果没有足够的相位裕度和幅值裕度，电源的动态性能就会很差或者出现输出振荡。 TL431 是开关电源次级反馈最常用的基准和误差放大器件，其供电方式不同对它的传递函数有很大的影响，很多分析资料常常忽略这一点。 关于补偿回路会作为一节课单独讲解。,输出过压保护,电路的过压保护分两级 1、反馈回路的保护，当电压超出设定
11、电压值反馈回路会将信息反馈到PWM控制IC，来调节占空比限制输出电压。 2、若反馈回路失效，输出末端加稳压二极管，当输出远高出设定电压，稳压二极管反向击穿，使输出正负极形成短路，使初级启动短路保护或熔断保险保护。,限流电路,限流电路由R18、U5、C17、R9、R20、R21 组成。 工作原理：R18为回路的电流检测电阻，为了降低损耗，此电阻选择时尽量的小。U5为运算放大器LM358，358内部由两个运放，我们将两个运放一个做放大器，一个做比较器，将检测电阻上的电压值放大32.4倍后与基准电压做比较。当运放值低于基准值时，比较器输出高电平（358VCC电压），当运放值高于基准电压值时，比较器输
12、出低电平（相对于接地）.,限流电路,比较器的输出为低电平后，光耦和431的节点电压会经过二极管导通到地，从而改变光耦发光管的回路电流，光耦光电管根据电流的大小反馈信息到PWM芯片，PWM芯片通过反馈信息调节占空比，降低输出电压来维持输出电流的大小，以此起到限流的目的。由于占空比调节的宽度有限，过低的电压超出了变压器正常工作的频点，实际应用中会出现变压器啸叫的情况，此状况可以调节补偿环路及变压器参数可以解决。,关于隔离器件光耦,光耦全称是光电耦合器，英文名字是：optical coupler，英文缩写为OC，亦称光电隔离器，简称光耦。 光耦隔离就是采用光电耦合器进行隔离，光耦合器的结构相当于把发
13、光二极管和光敏(三极)管封装在一起。 发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管转换为电信号输出，由于没有直接的电气连接，这样既耦合传输了信号，又有隔离干扰的作用。 光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降VCE(sat)。 光耦的参数都是什么含义？ CTR：发光管的电流和光敏三极管的电流比的最小值 CTR=IC/ IF100% （输出电流/输入电流*100%） 隔离电压：发光管和光敏三极管的隔离电压的最小值 集电极发射极电压：集电极发射极之间的耐压值的最小值,最后总结,反激电源是生活中用到最多的电源，作为电子工程师来说熟悉和了解反激电源的组成结构和设计是非常必要的。 反激电源的设计难点在于变压器及反馈补偿环路。 反馈补偿环路的牵扯的内容太复杂，下次课针对此部分会和大家做详细的探讨。,本节课就讲到这里！,谢谢！,