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谐振变换器

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谐振变换器

体积很小的新型多功能集成电路的出现,对开关电源适配器的小型化具有重要意义。开关电源适配器小型化主要依靠提高开关频率来减小变压器和输出滤波器的体积。另外,开关电源适配器也通过提高效率减小散热器体积来减小自身体积。
目前开关电源适配器技术的一个主要目标是使电源适配器工作频率比现在通用的100~200kHx进步提高。
然而,对前面讨论的传统的矩形波拓扑,随着开关频率的提高,开关管的关断损耗和开通损耗都会增加。 MOSFET管输出电容的充放电造成的开通损耗在开关频率高于IMHz时非常明显。
在开关关断期间,下降的电流和上升的集电极电压之间出现重叠,产生一个很大的关断损耗。随着开关频率的升高,开关管的关断损耗会变得非常严重。开关管的损耗增加,会使所需的散热器体积增大。因此,虽然频率提高使变压器和输出滤波器的体积减小了,但电源适配器的总体积并未减小。而且,结一壳温度会上升,通常1℃/W的结一壳热阻仍会导致严重的晶体管结温。
在开关管的漏源极间(或集射极间)加缓冲器可以降低开关管的开关损耗。如果使用耗能型RCD缓冲电路,它并不能降低总开关损耗,只是简单地将开关管的损耗转移到了缓冲电路的电阻中。无损级冲电路能降低开关管的开关损耗但当频率高于200kHz时还是会出现问题。

因此,要想在较高频率下工作并使电源适配器体积更小,必须设法从根本上降低开关管的开关损耗。这可以使用谐振变换器来实现。请振变换器是由开关管加上谐振LC电路构成的,它使流过开关管的电流变为正弦波而不是方波。然后设法使开关管在正弦电流过零处导通和关断。因此,关断时刻的下降电流和上升电压之间及导通时刻的上升电流和下降电压之间只有微小的重叠,从而大大降低了开关损耗。使开关管在电流为零的时刻导通或关断的电路称为零电流开关( Zero Current Switching,CS)电路。
即使开关管在正弦电流的过零处关断,上升电压和下降电流之间也没有重叠。开关管可以没有关断损耗,但仍然有导通损耗。在11。1节曾指出,有相当大的一部分能量0。5C,(2V)2储存于 MOSFET管的较大的输出电容中。当 MOSFET管每周期(刀)内导通一次时,就在 MOSFET管上消耗了0。5C。(2V)2/7W的能量。能够解决这种问题的电路称为零电压开关( Lero Voltage Switching,Zs)电路。

12V电源适配器ZVS电路是通过让开关管输出电容成为电路中某个LC谐振电路的电容来实现零电压开关的。那么开关管关断时存储在电容上的能量将毫无损失地回馈到电源适配器母线上。其工作方式类似于无损缓冲电路。
20世纪80年代中期,工业界开始广泛关注谐振变换器。从那时起,很多研究人员进入了这个领域,并发表了许多这方面的文章。提出了许多新的谐振变换器拓扑,并都对其进行了数学分析。这当中的大部分已被实际应用,并且有很高的效率(80%~97%)和很高的功率密度。有些据说已经达到了50W/in3,如此高的功率密度可用于DC/DC变换器,这种变换器没有离线式变换器都必须有的大的输入滤波电容。
然而,这些高功率密度转换器通常需要通过外加散热器来散热,但此散热器的体积和冷却方式在计算功率密度时很少被考虑在内。
充电器厂家:玖琪电源不可能讨论所有谐振变换器拓扑及它们的工作方式,因此只概括地讨论某些已被证明的拓扑及其工作模式,以作为谐振模式可参照的例子。
值得注意的是,在这个领域里,有的文章会提出一个新方法,很快就会有相关评论出现,如在电源适配器及负荷变动较大或元件应力较大的场合的应用有局限性。在来年的会议上不仅会提出新技术,而且其他的研究人员会给出上一年问题的解决办法,诸如此类。这只是简单地反映了个事实,即尽管谐振变换器在一些应用场合有很大的优势,至今谐振变换器依然不具有PwM变换器的灵活性,它们不能很好地处理电源适配器不稳定和负载变动的问题。并且,与相同输出功率的传统PwM方波变换器相比,它们要承受很大的开关管峰值电流,在某些电路中,还要承受很大的电压应力。


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| 发布时间:2019.04.01    来源:电源适配器厂家
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