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為什么要選擇反激拓撲結構?
摘要: 許多書籍都有提到,反激拓撲適用于150W以下功率,但是具體的原因卻很少分析,我嘗試做些解釋。從三個方面分析:開關管、磁性器件、電容。
Abstract:
Key words :

許多書籍都有提到,反激" title="反激">反激拓撲適用于150W以下功率,但是具體的原因卻很少分析,我嘗試做些解釋。從三個方面分析:開關管、磁性器件、電容。

初級開關管(MOSFET)。假設輸入電壓恒定為60V,情況同上。從兩個方面考慮反激、正激、半橋:選用mosfet的最大耐壓和流過mosfet的最大電流有效值。

可見在理想狀態下,三種拓撲的差別并沒有體現在初級mosfet的導通損耗上(注意半橋使用了兩個功率mosfet),開關管的另一個損耗是開關損耗" title="開關損耗">開關損耗,公式的推導見EXEL文件。假設開通關斷有相同損耗,電感量無窮大,則計算公式如下:

反激:

正激:

半橋: 

 

從公式可以看出,在只針對一個輸入電壓點優化的情況下,反激的開關損耗最大,正激和半橋沒有區別,這是限制反激大功率運用的一個原因。

次級mosfet

次級mosfet都是零電壓開通關斷,不存在開關損耗

 

次級mosfet的導通損耗同樣限制了反激在大功率場合的運用,mosfet體內二極管的反向恢復同樣產生損耗,值得注意的是這個損耗源于次級,發生在初級mosfet,計算公式如下

 

考慮到半橋的占空比D可以是0.9,所以以上三個公式基本上沒有區別。

3、磁性器件。反激的變壓器等效理想變壓器和電感器的結合,不知道該如何正激和半橋的磁性器件比較,這里只討論下為什么反激變壓器中漏感的影響大。具體分析見EXEL中《磁性器件》頁面

4、電容。同樣關心電容的電流應力和電壓。電壓應力沒什么區別。


  

輸入電容電流應力基本沒有區別,輸出電容上反激的電流應力很糟糕,但需要注意的是,輸出電容的電流應力與輸出電流成正比,與輸出功率并沒有直接關系,正激和半橋的輸出電容電流應力為0是因為電感假設為無窮大,實際值與△I有關。

5、總結:通過以上分析,反激不適合大功率引用原因如下:

初級mosfet開關損耗

次級mosfet導通損耗

變壓器漏感導致的損耗

輸出電容電流應力

上面的計算基于輸入電壓恒定為60V,但實際情況是25~125V。這個情況下,反激拓撲顯示出它的優勢,可能更恰當的說應該是正激、半橋變得更加難以設計,其原因在于占空比變化過大,導致次級開關管電壓應力大,同時初級mosfet的開關損耗可能超過反激

  因為功率為400W,我考慮三個方案:全橋,雙相交錯有源嵌位正激或反激。全橋初級需要四個mosfet,且驅動要浮驅,比較難找到合適的驅動芯片;雙相交錯有源嵌位正激需要兩個N管,兩個P管,同樣有驅動芯片難找的問題;同時因為以前沒有做過反激,對反激比較感興趣,在一個以前的同事建議下選擇雙相交錯反激。后來事實證明我當時錯誤估計了漏感的影響,導致了使用復雜的吸收電路。


 

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