高频有源钳位反激电源芯片数字控制算法设计文献综述

 2022-09-23 03:09

  1. 文献综述(或调研报告):

1.有源钳位反激变换器简介

从20世纪90年代开始,开关电源相继应用于各种电子电器设备领域和计算机、程控交换机、通信、电子检测设备、电源控制设备。随着便携式设备的不断小型化、轻型化以及各种效率、谐波和电磁兼容标准的升级,电源适配器面临各种挑战,因此有必要展开对变换器的研究[1]

反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源。所谓“反激”(FLYBACK)具体是指当输入为高电平(开关管接通)时,输出线路中串联的电感为放电状态;相反,当输入为低电平(开关管断开)时,输出线路中的串联电感为充电状态。与之相对的是“正激”(FORWARD)式开关电源,当输人为高电平(开关管接通)时,输出线路中串联的电感为充电状态;相反,当输人为低电平(开关管断开)时,输出线路中的串联的电感为放电状态,并以此方面来驱动负载。单端反激电路具有很多优点,其中最主要的优点是电路简单,输入输出电气隔离,稳压范围宽,成本低,适合多路输出[6]。由于电路简单,在小功率情况下体积可以做得最小,这种变换器拓扑结构在小功率的变换器设计中得到了广泛采用[7]

有源钳位反激电路的目的在于解决直流谐振环输出电压过高的问题,而电压峰值过高的原因是输出电压实际上是LC串联谐振电路的电容端压,在谐振状态下,该电压必然会高出电源电压。但谐振状态是使后续电路获得软开关环境的手段,因此,采用有源钳位电路的作用是在保持电路谐振的前提下,将输出电压峰值限制在可以接受的水平上[12]。所谓有源钳位反激电路,是指包含功率器件的钳位电路,因其性能优越而倍受欢迎[2-5]

有源钳位反激变换器除了能将漏感上的能量反馈到输出,以提高电路效率外,还具有以下几个优点:首先,电压钳位效果良好,能减少开关管上的电压应力;其次,电路原边的主开关管和辅助开关管都可实现ZVS,从而减少电路的开关损耗。这个特性对于高压输入的场合特别重要[8]。由于开关管上的电压是谐振到零的,这样,就既限制了电压关断时的du/di,同时钳位电容和变压器原边谐振电感的谐振还限制了副边整流管关断时的di/dt:通过恰当地设计钳位电容的值,还可以实现副边整流二极管的ZCS,从而减少或消除了整流管的开关损耗和由于二极管反向恢复引起的开关噪声,从而有效减少电路的EMI[9]。有源钳位反激电路不但可以做为普通的DC/DC变换器来使用,而且还可以用作一个性能优良的PFC电路[10]

  1. 开关电源控制方法简述:

开关电源由功率级和控制电路两部分组成。控制电路的功能是在输入电压、内部参数、外接负载变化时,调节功率级开关器件的导通时间,使开关电源的输出电压或者电流保持恒定。因此,在开关电源的设计中,控制方法的选择和设计对于开关电源的性能来说是十分重要的。采用不同的检测信号和不同的控制电路会有不同的控制效果[11]
按照占空比的实现方式,开关电源的控制方式可以分为定频控制和变频控制。定频控制即开关周期恒定不变,通过调整一个周期内开关开通的宽度来调节输出电压,即通常所说的脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)技术;变频控制有定开通时间、定关断时间、迟滞比较等几种控制方式。定开通时间控制即开关的导通时间ton不变,通过改变开关的关断时间来调节占空比;定关断时间控制则相反,开关的关断时间toff不变,通过改变开关的开通时间来调节占空比;迟滞比较的控制方式是对受控量(输出电压或电流)设定一个上限和一个下限,当受控量低于下限时开通开关,而当受控量超过上限时关断开关,因此在这种控制方式下开通时间和关断时间都是变化的[13]
开关电源的另一种分类方式是按照检测信号的不同来分类的,可以分为单环控制和双环控制。恒压源单环控制主要是电压型控制;双环控制则有电流型、V2型等几种控制方式[14]
随着控制理论的发展,一些现代的控制方法,如模糊控制、滑模变结构控制等非线性控制方法也被尝试应用于开关电源的控制电路中。虽然这些控制方法到目前没有得到广泛应用,但是由于其独特的控制性能,应用前景可观[15]

参考文献:

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