其實雙管正激原理相當簡單,我們用示意圖來表示:見圖,雙管正激總是兩個 MOS 管同時導通和同時關閉,不難看出雙管同時導通時 MOS 管承受的電壓為電源電壓,二極體 D1 和 D2 此時是反向截止的。

兩管同時關閉時,原邊勵磁線圈電壓極性反轉成下正上負(如果不能理解這一點則需要翻一下電磁學的書了),大小與輸入電壓相同。此時二極體 D1 和 D2 導通,MOS 管承受的電壓不會高於電源電壓。

如果這兩個圖看懂了,那麼恭喜你雙管正激的的原理你已掌握。

雙管正激的不便之處在於:兩 MOS 的管驅動通常需要用採用驅動晶元。

RCD 鉗位是一種低效率的方法,但電路相當簡單,而且占空比不再局限在小於 0.5,可以大於0.5。這是通過調整電阻的阻值來實現的,電阻阻值小了放電自然就快了。

RCD 鉗位對於不在乎效率的場合不失為一種簡單有效的方法。同時 RCD 鉗位並不是單管正激所特有,其鉗位原理和反激變換器的 RCD 鉗位完全一樣,比較一下兩者的電路拓撲自然就明白,左邊的是反激,右邊的為正激,可以看出除了變壓器的同名端不同外,其餘完全一樣。

有源鉗位也是常用的鉗位方法,我們先看看 「有源鉗位」 這四個字是什麼意思?有源----有什麼源?為何叫有源鉗位?估計很少有人知道。

我們常常看到或聽到 「主動 PFC」, 「被動 PFC」,「有源濾波」,「無源濾波」 等,名稱叫得的很亂,其實這是翻譯的問題,在英文里元器件就兩種:Active Passive

? Active:指半導體器件,中文翻譯常常翻譯成「主動」、「有源」,就是晶體管、集成電路之類的半導體器件;

? Passive:中文常常翻譯成「被動」、「無源」。實際指電阻電容電感。

所謂主動 PFC 就是用到了 晶體管或集成電路,「有源濾波」也一樣。因此,一看到有源就知道電路里一定用到了半導體器件,諸如三極體、繼承電路等;一看無源必然是電阻、電容、電感組成的電路。

單端正激最有效的鉗位莫過於有源鉗位,這有源鉗位聽上去很高大上的樣子,實際電路並不複雜,一個 MOS 管一個電容而已。由於用到了有源器件(active)而稱為有源鉗位,不過鉗位電路本身雖不複雜,但控制電路要求很高,我們以理解鉗位原理為主,控制部分交給專門集成電路去做。

我們先來認識一下有源鉗位的電路構成,有源鉗位分兩種:

1)Low Side Active Clamp,如圖:

2)High Side Active Clamp, 如圖:

比較一下高位驅動鉗位和低位驅動鉗位,不難發現除了鉗位電路連接點不同外,所用的 MOS 也不一樣,一個是 P-MOS,一個是 N-MOS。

有源鉗位目前應用很廣,是很好的單端正激鉗位方式,好處主要表現在:

? MOS 管的電壓應力小

? 零電壓切換

? EMI 小

? 占空比可做到大於50% ? 損耗小

順便說有源鉗位電路不但可以用在正激上,同樣可以應用在反激電源的鉗位。

接下來講 Synchronous Rectification,我們先看兩個實際電路認識一下高端驅動和低端驅動(花一分鐘看一下受益無窮):

1) 高端驅動

2)低端驅動

低端有源鉗位由於必須使用 P-MOS 管,因此 gate 的驅動電壓為負,藉助於專用 IC,這個負電壓的問題就很好解決了。

有源鉗位內容有點多,我們先擱置一下,稍後再輪轉回來繼續。

?? 小知

? 有源的稱為器件,比如三極體、二極體、集成電路等;

? 無源的稱為元件,比如電阻電容電感等。

故有半導體器件廠,無線電元件廠之分。

有牛人用 MOS 管代替二極體弄出了所謂的同步整流,見下圖,效率大大提高。可惜了我怎麼想不出來,不過想想也就釋然了,因為我不是牛人,我們把牛人的思路搞清了也就站在了牛人的肩膀上了。

同步整流更常見的畫法如下:

為何稱為同步整流?什麼和什麼同步?同步整流怎麼就效率高了呢?

有三種拓撲各位一定聽到過:

? 推挽式 (PUSH/PULL)

? 半橋 (HALF BRIDGE)? 全橋 (FULL BRIDGE)

這三種拓撲都有一個相同的拓撲名稱:對稱變換器

?? 什麼是對稱變換器

?? 顧名思義,對稱一定是偶數。

?? 變化器中什麼東西為偶數才能稱得上對稱呢

?? 毫無疑問是開關(switch)。

?? 電源中用什麼東西做開關

?? 不用說也知道 MOS 管。因此這種變換器中 MOS 管一定是對稱使用的,或者數量一定是偶數的。

我們先來熟悉一下第一種:推挽式變換器,也稱推拉式變換器,如圖所示:

圖中的 T1 及 T2 為開關,實際電路中為 MOS 管。

推挽式變換器實際是兩個正激變換器的組合,副邊的頻率是原邊的兩倍,因此濾波電感電容可用得較小,輸入輸出符合變壓器原理,副邊的輸出電壓為:

Vout = 2Vin * D* Ns/Np

Vin:輸入電壓

D: 占空比 Ns: 副邊繞組匝數 Np:原邊繞組匝數

通常推挽式變換器通常用在低輸入電壓的場合,由於變壓器繞組電流為兩個方向分別導通,因此無需複位電路,磁芯的利用率很高,損耗較小。

換一種畫法可能會更容易看出推挽式變換器的結構,如圖:

推挽式變換器通常採用專用 IC 來完成控制,比如 LM5030 等,下圖是 LM5030 應用實例的簡化圖,可幫助理解。

半橋(Half Bridge)—— 一個常用的拓撲

何為半橋?顧名思義就是半個橋啦。如圖,Q1 和 Q2 為橋的一邊,橋的那端沒有東西了,好吧,弄兩個電容擱在那裡權且支撐一下,於是半橋的名稱由此誕生。

各位,先花半分鐘看一下圖,看看半橋兩個 MOS 管、兩個電容和變壓器是怎麼連接的。

半橋也是很厲害的一種拓撲,做個 500W 電源全不在話下,做個 1000W 也是拿得起放得下。

半橋拓撲其實就是基於變壓器隔離的正激拓撲,既然是變壓器毫無疑問其輸入輸出的關係符合變壓器原理,從圖中可以看出當 C3 = C4 時,C3 和 C4 的節點為輸入電源的一半,如圖所示,當 Q1 導通時,加在變壓器原邊的電壓為 C3 上的電壓,即輸入電壓的一半。因此對半橋來說,MOS 管的電壓應力較小。

半橋雖然很厲害的樣子,但也是有很大的缺陷的。由於變壓器的電壓僅為輸入電壓的一半,在相同的輸出功率情況下很,明顯輸入電流會增大一倍,MOS 管的功耗明顯上升,因此效率會打折扣。所以,半橋比較適合高輸入電壓的應用

注意圖中的 CB 為隔直電容,防止直流電流流過磁芯。

迄今為止我們以認識了不少拓撲形式,但是這些拓撲都有一些難以克服的問題,主要表現在:

? 工作頻率低,磁芯體積大,磁芯損耗高

? 開關損耗大,整體效率低

? 硬開關導致EMI雜訊高

? 散熱器體積大

? 整機體積大

其實也沒有什麼好辦法來改善這些拓撲的效率、體積及 EMI 的問題,於是經過不懈的努力諧振拓撲出現了(說的好像是我發明一樣的)。

諧振拓撲 (RESONANT TOPOLOGIES) 主要有以下三種:? 串聯諧振變換器

? Series Resonant Converter,簡稱 SR 或 SRC

? 並聯諧振變換器

? Parallel Resonant Converter,簡稱 PR 或 PRC

? LLC 諧振變換器

? LLC resonant converter,簡稱 LLC

LLC 比串聯諧振和並聯諧振強多了。串聯諧振和並聯諧振最大的問題是不適合寬電壓輸入和寬範圍負載。而 LLC 厲害多了,主要表現在:

? 寬電壓輸入範圍內很大限度的減小開關損耗

? 高電壓輸入時小化循環能量損耗? 最小化 MOS 管開關損耗(零電壓時開即所謂的 ZVS,及最小電流時關)

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