前言:
小功率反激變換器目前主要是ACF應用的多,但是最近又有一種新穎的拓撲不對稱半橋諧振反激開始展現出優勢。
這種不對稱半橋諧振反激變換器的實現與多年前的不對稱半橋正激變換器的實現思路相似,在高端開關開通后存儲或傳遞功率,再利用電路中參數諧振實現低端開關ZVS,然后在開啟低端開關。怎么聽起來也和ACF也一樣,道理就這么多,我們看圖說話就好:
上圖是不對稱諧振反激的功率框架,其中原邊兩個開關互補導通,頻率固定,通過調整占空比來實現對輸出電壓的調節。當高端開關開通時,在VHB中點產生0~VIN的方波,加到諧振電感LR和CR上,電流流入諧振電容,諧振電容的電壓升高。
當高端開關關閉后,諧振電流帶走半橋中點的電荷為下管實現ZVS,其原理和LLC一致。然后由諧振電容放電,變壓器將功率傳遞到副邊實現傳遞。在實際應用中,小功率的諧振電感一般會用變壓器漏感代替。
如同半橋LLC一樣,加到諧振腔的電壓為VIN/2,所以在占空比為0.5時,輸出VIN*N/2的電壓到副邊,同理縮窄占空比也能實現輸出電壓降低的調整。當占空比大于0.5時,高端導通時長度更長,諧振電感存儲的能量更大,所以可以讓諧振的增益高于1,這一塊調節曲線也是單調的。
占空比0.4,滿負載穩態:
可見副邊二極管電流是半個正弦波,并且實現了ZCS,這樣的電流波形對反激變換器來說,副邊二極管的應力問題就解決了,EMC問題也就很安逸了。
占空比0.5,滿負載穩態:
占空比0.75,滿負載穩態::
拓撲控制模型AC分析:
在我關注的穩態工作點(占空比0.4處)我進行了從占空比控制到輸出電壓的頻率響應測試(50~50KHz),從掃描得到的曲線來看:在低頻處(1KHz)存在雙極點和-180deg相移,這與直接頻率控制的LLC變換器類似。
這樣大幅度的限制了系統的閉環帶寬,變換器的反饋補償方法與LLC類似,大家可以看曲線感受一下。另外一點就是可能對AC文波的抑制效果較差,因為穿越頻率較低的關系,音頻抗擾的性能也會下降。
小結:
本文測試了不對稱半橋諧振反激變換器的功率級的時域和頻域性能,而且在實際應用中,諧振電感用漏感代替,諧振電容的體積也很小,在ZVS+高頻器件共同作用下系統的功率密度就相當有優勢。
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