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諧振變換器

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諧振變換器

體積很小的新型多功能集成電路的出現(xiàn),對(duì)開(kāi)關(guān)電源適配器的小型化具有重要意義。開(kāi)關(guān)電源適配器小型化主要依靠提高開(kāi)關(guān)頻率來(lái)減小變壓器和輸出濾波器的體積。另外,開(kāi)關(guān)電源適配器也通過(guò)提高效率減小散熱器體積來(lái)減小自身體積。
目前開(kāi)關(guān)電源適配器技術(shù)的一個(gè)主要目標(biāo)是使電源適配器工作頻率比現(xiàn)在通用的100~200kHx進(jìn)步提高。
然而,對(duì)前面討論的傳統(tǒng)的矩形波拓?fù)?,隨著開(kāi)關(guān)頻率的提高,開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷損耗和開(kāi)通損耗都會(huì)增加。 MOSFET管輸出電容的充放電造成的開(kāi)通損耗在開(kāi)關(guān)頻率高于IMHz時(shí)非常明顯。
在開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間,下降的電流和上升的集電極電壓之間出現(xiàn)重疊,產(chǎn)生一個(gè)很大的關(guān)斷損耗。隨著開(kāi)關(guān)頻率的升高,開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷損耗會(huì)變得非常嚴(yán)重。開(kāi)關(guān)管的損耗增加,會(huì)使所需的散熱器體積增大。因此,雖然頻率提高使變壓器和輸出濾波器的體積減小了,但電源適配器的總體積并未減小。而且,結(jié)一殼溫度會(huì)上升,通常1℃/W的結(jié)一殼熱阻仍會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的晶體管結(jié)溫。
在開(kāi)關(guān)管的漏源極間(或集射極間)加緩沖器可以降低開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗。如果使用耗能型RCD緩沖電路,它并不能降低總開(kāi)關(guān)損耗,只是簡(jiǎn)單地將開(kāi)關(guān)管的損耗轉(zhuǎn)移到了緩沖電路的電阻中。無(wú)損級(jí)沖電路能降低開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗但當(dāng)頻率高于200kHz時(shí)還是會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

因此,要想在較高頻率下工作并使電源適配器體積更小,必須設(shè)法從根本上降低開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗。這可以使用諧振變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)振變換器是由開(kāi)關(guān)管加上諧振LC電路構(gòu)成的,它使流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流變?yōu)檎也ǘ皇欠讲?。然后設(shè)法使開(kāi)關(guān)管在正弦電流過(guò)零處導(dǎo)通和關(guān)斷。因此,關(guān)斷時(shí)刻的下降電流和上升電壓之間及導(dǎo)通時(shí)刻的上升電流和下降電壓之間只有微小的重疊,從而大大降低了開(kāi)關(guān)損耗。使開(kāi)關(guān)管在電流為零的時(shí)刻導(dǎo)通或關(guān)斷的電路稱為零電流開(kāi)關(guān)( Zero Current Switching,CS)電路。
即使開(kāi)關(guān)管在正弦電流的過(guò)零處關(guān)斷,上升電壓和下降電流之間也沒(méi)有重疊。開(kāi)關(guān)管可以沒(méi)有關(guān)斷損耗,但仍然有導(dǎo)通損耗。在11。1節(jié)曾指出,有相當(dāng)大的一部分能量0。5C,(2V)2儲(chǔ)存于 MOSFET管的較大的輸出電容中。當(dāng) MOSFET管每周期(刀)內(nèi)導(dǎo)通一次時(shí),就在 MOSFET管上消耗了0。5C。(2V)2/7W的能量。能夠解決這種問(wèn)題的電路稱為零電壓開(kāi)關(guān)( Lero Voltage Switching,Zs)電路。

12V電源適配器ZVS電路是通過(guò)讓開(kāi)關(guān)管輸出電容成為電路中某個(gè)LC諧振電路的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)的。那么開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)存儲(chǔ)在電容上的能量將毫無(wú)損失地回饋到電源適配器母線上。其工作方式類似于無(wú)損緩沖電路。
20世紀(jì)80年代中期,工業(yè)界開(kāi)始廣泛關(guān)注諧振變換器。從那時(shí)起,很多研究人員進(jìn)入了這個(gè)領(lǐng)域,并發(fā)表了許多這方面的文章。提出了許多新的諧振變換器拓?fù)?,并都?duì)其進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析。這當(dāng)中的大部分已被實(shí)際應(yīng)用,并且有很高的效率(80%~97%)和很高的功率密度。有些據(jù)說(shuō)已經(jīng)達(dá)到了50W/in3,如此高的功率密度可用于DC/DC變換器,這種變換器沒(méi)有離線式變換器都必須有的大的輸入濾波電容。
然而,這些高功率密度轉(zhuǎn)換器通常需要通過(guò)外加散熱器來(lái)散熱,但此散熱器的體積和冷卻方式在計(jì)算功率密度時(shí)很少被考慮在內(nèi)。
充電器廠家:玖琪電源不可能討論所有諧振變換器拓?fù)浼八鼈兊墓ぷ鞣绞?,因此只概括地討論某些已被證明的拓?fù)浼捌涔ぷ髂J?,以作為諧振模式可參照的例子。
值得注意的是,在這個(gè)領(lǐng)域里,有的文章會(huì)提出一個(gè)新方法,很快就會(huì)有相關(guān)評(píng)論出現(xiàn),如在電源適配器及負(fù)荷變動(dòng)較大或元件應(yīng)力較大的場(chǎng)合的應(yīng)用有局限性。在來(lái)年的會(huì)議上不僅會(huì)提出新技術(shù),而且其他的研究人員會(huì)給出上一年問(wèn)題的解決辦法,諸如此類。這只是簡(jiǎn)單地反映了個(gè)事實(shí),即盡管諧振變換器在一些應(yīng)用場(chǎng)合有很大的優(yōu)勢(shì),至今諧振變換器依然不具有PwM變換器的靈活性,它們不能很好地處理電源適配器不穩(wěn)定和負(fù)載變動(dòng)的問(wèn)題。并且,與相同輸出功率的傳統(tǒng)PwM方波變換器相比,它們要承受很大的開(kāi)關(guān)管峰值電流,在某些電路中,還要承受很大的電壓應(yīng)力。

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| 發(fā)布時(shí)間:2019.04.01    來(lái)源:電源適配器廠家
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