几种CRM电路的比较ppt课件ppt课件

QRFlyback的理解-兼谈几种CRM电路的比较,1,常用的三种CRM电路,QRFlybackSingleFlybackCRMBoostPFC,2,图1：原理图,QRFlyback,3,Lp：初级绕组电感量；Lk：初级绕组漏感量；Rp：初级电阻；Cp：谐振电容；,QRFlyback-几个关键参量,4,图3：准谐振反激式变压器的开关管漏极电压电流波形。,QRFlyback-波形,Toff,5,对于工作频率fs恒定的反激式变换器，以上参数可以通过输入输出指标以及选用的相关元器件等信息来确定，这个过程比较简单。但是，对于准谐振反激式变换器，上述过程就显得似乎比较复杂，这是因为在准谐振模式下，工作频率fs是变化的，fs变化了，Ipk和Lp也就无法确定，整个设计似乎是无从下手。,*如果外壳是胶的，各种外壳的要求不完全相同。,6,Ton：MOSFET导通时间Toff：MOSFET关断时间Tr：MOSFET漏极电压上升时间Tf：MOSFET漏极电压下降（falling）时间,QRFlyback-频率,7,当开关管导通时，初级绕组(感量为Lp)有电流流动，这个电流将以斜率Vin/Lp逐渐增大。当电流达到预定的最大值Ipk时，控制器将关断开关管。因此，开关管的导通时间Ton可由等式(1a)确定：,（1a）,8,开关管关闭后，存储在变压器中的能量将被传递到次级绕组。Toff代表了次级绕组释放能量的过程，其值可由等式(2a)确定其中：n=Np/Ns，Vo输出电压,（2a）,9,当次级绕组中的能量释放完毕之后，次级绕组将停止导通，初级绕组上的反射电压Vr也将消失。由于初级电感量Lp和开关管漏极电容Cp以及电阻Rr构成一个RLC谐振电路，因此反射电压将按等式(3)变化：其中：=Rp/（2Lp），振荡衰减因子fp是正弦波振荡频率,（3a）,（4a）,10,那么开关管的漏极电压为：观察上式可知,当时,Vds(t)具有最小值。解方程(6a)可得:,（5a）,（6a）,（7a）,这个t便是我们需要的TP。,11,从波形上看还有一个时间：Tr在MOS关断时，由于漏感中的能量不回传递到次级，这个能量将和Cp构成类似上面所说的谐振，谐振在Cp上的电压为：,（8a）,（9a）,12,至此我们便得到了准谐振反激式变换器的一个完整工作周期为：由于Tr相对于T来说是非常小的因此在这里可忽略则开关频率为：另外，对于反激式变换器还存在以下的功率传递等式：（仅限于断续和临界模式）式中Pin为输入功率,（10a）,（11a）,（12a）,13,忽略Tf后的频率，由（12a）得：,（13a）,（14a）,14,将（1）、（2）代入（13）得：将（12）代入（15）得：,（15a）,（16a）,15,将上述各式结合，那么得到的频率关系为：实际应用计算中，如果Tp很小那么真正的工作最小频率按ft即可，这些公式只是告诉我们，实际应用中影响工作频率的一些参数是哪些，是如何影响的等等一些定性的方法,（17a）,16,下面我们再看看Vds电压。反激架构顾名思义它是离不开反激，那么反射电压必然是反激架构中的核心了。在传统的反激式变换器中，它的取值与开关管的漏极击穿电压VDSS、最大输入直流电压Vinmax等参数有关。在准谐振模式下也是如此，稍有不同的是，在准谐振模式下，为了在尽可能大的范围内实现零电压导通，Vr总是希望取得大一些。因此通常会选用耐压高的MOSFET。当使用单片集成IC时,因其耐压已经固定,故Vr的选择需要根据其耐压而定.在效率和成本的权衡后,通常将Vr设在90-120V.考虑到变压器漏感Llk与Cr振荡的尖峰Vspike的影响,同时为保证有足够的耐压裕量,使其最大正常工作电压不超过75-85%(最多90%)的额定电压,一般将Vr设在90-120V左右.,（18a）,17,1、最小开关频率fSmin的确定由于准谐振反激变换器的频率是变化的,在设计时应以最小开关频率来确定其他参数.最小开关频率发生在最低输入电压和满载的情况下.它的确定须从两方面考虑，一方面为了采用较小尺寸的变压器，必须提高fs；另一方面为了降低开关损耗以及减少EMI噪声，fs应取得小些。折衷考虑，同时为了防止音频可闻噪声的出现,通常取fs的范围是25KHz-40KHz。,18,2、MOSFET漏极电压跌落时间Tf的确定由图3及前面所述,Tf是谐振电容Cr与初级电感Lp谐振构成的谐振电路的1/4振荡周期。增加Tf，可以降低EMI，但是这将会导致谐振电容Cr的增加，导致增加开关损耗。一般Tf典型取值为：2-2.5S。,19,fsmin和Tf确定后，最大占空比Dmax便可得到，如下式：由式（1）、（10）、（11）可得初级电感量和峰值电流、有效值电流：,（19a）,（20a）,（21a）,（22a）,20,自此变换器几个关键参数便都得到了，接下来就是变压器的设计，过程与传统反激式变压器相似，这里不再赘述。,21,SingleFlyback,22,23,固定Ton、频率、占空比,由得所以，导通时间为：,在一定条件下Ton是固定的,（1b）,（2b）,（3b）,24,关断时间Toff由（14a）、,（4b）,（3b）,（4b）,（5b）,关断时间Toff由（14a）、,25,频率：将（3b）、（4b）代入（5b）：,（7b）,（6b）,26,占空比：将（3b）、（5b）代入：,（8b）,（9b）,27,电流为了得到高PF值，需要尽可能的确保输入电流能够追踪输入电压波形的变化。输入电流在一个开关周期内就是开关管电流的平均值：,（10b）,28,电流波形仿真,29,开关管电压,（11b）,30,电压波形仿真,31,频率和Vr、Vin及角度的关系,32,MOS的电流、匝比、初级电感及圈数从而，将代入（3b）,输入功率,（13b）,（12b）,（14b）,（14b）,33,CRMBoostPFC,34,35,固定Ton、频率,由得所以，导通时间为：,在一定条件下Ton是固定的,36,关断时间Toff由（14a）、,37,频率由上式知道，当t=/2时，频率最小，也就是说无论在何种电压条件下，最小开关频率总是出现在输入电压的波顶处。,38,频率和Vo、Vin及角度的关系,39,三种电路的异同,频率,QR,SingleFlyback,CRMBoost,40,MOS的ZVS及其寄生参数的影响,由于寄生电容和二极管的存在，QRFlyback和SingleFlyback的反射电压设置有约束，应避免旁路损耗和开通电流干扰及损耗,由于寄生电容的影响，BOOST在线电压的零交越时会出现失真,4