一、反激

1.1工作原理

Ton 階段儲能回路:VBUS---變壓器初級繞組 NP---開關管 Q1 --SGND Toff 階段放電回路:變壓器次級繞組 PIN12---次側二極管 D1---負載---變壓器次級繞組 PIN8。

圖1 Ton階段等效回路

圖2 Toff階段等效回路

圖3 反激VDS實測波形

1.2特點

線路簡單,PWM(脈寬調制)控制適應于全電壓輸入,為保證安全工作一般占空比設置<0.5(Ton/Toff), 屬于硬開關對 mos 體內寄生二極管無速度要求,即在Ton周期時間內變壓器完成儲能過程;在Toff時間周期內釋放能量并完成變壓器消磁復位,有效防止變壓器磁飽和;對于變壓器漏感要求較高,漏感大易產生高尖峰電壓,故相對對MOS.SKY 電壓應力要求高。

1.3如何選擇功率器件

以 12VDC 輸出電壓為例，如何選擇功率器件。

1:主開關管 Q1 耐壓選擇:

VDS反射電壓 Vor=(Vo+Vf)*N N 為變壓器匝比 (N=7.2)變壓器漏感產生的尖峰電壓, 與變壓器漏感相關,漏感越小尖峰電壓越低,假設為 100V；

漏感大小與磁芯形狀與變壓器繞制工藝方法相關聯,通常三明治繞法繞出來的漏感較??；

反射電壓 Vor=(Vo+Vf)*N=(12+0.7)*7.2=91.5

Vds=Vinmax+尖峰電壓+反射電壓

=353+100+91.5=544.5V取 10%的余量，故選擇600V的MOS。

2:二次側整流二極管 D1 的反向耐壓選擇

VKA=(V0+Vf)+(Vinmax/N)=12.7+353/7.2=61.73V為留有余量,故選用 100V 反向耐壓整流管。

3:關于器件電流的選擇,當然有一定的計算經驗值可以做為參考,實際通過器件電流大小直接牽涉到器件本身的發(fā)熱量,加沒有加散熱器,封閉式還是敞開式都與散熱有非常大的關系,根據實際應用情況故一般以實驗最終結果來選擇器件電流的大小。

二、雙管正激

2.1工作原理

Ton 階段 Q1 Q2 同時開通:VBUS---開關管 Q1---變壓器初級繞組 NP---開關管 Q2---Rsense---SGND.由于同名端的原因二次側整流二極管 D3導通,按照設計匝比輸出所需電壓,與此同時對續(xù)流電感 LF3 儲能充電。

Toff階段Q1 Q2同時關斷: 根據楞次定律的原理(感生電動勢的變化總是阻礙原電動勢的變化),變壓器初側同名端發(fā)生變化,此時呈現的效果是變壓器初側電壓鉗位,在每個開關管和一次側繞組之間,各并聯一個續(xù)流二極管 D1 D2,當 Q1 Q2 關斷時,變壓器初側儲能有一個泄放通路,經過 D1 D2 回饋到高壓電解電容 C1,對電解電容進行放電，D1 D2 起到變壓器初級復位消磁的作用,并將 Q1 Q2 所承受的電壓鉗位在輸入電壓 VBUS;消磁復位路徑: 變壓器初級 PIN4---二極管 D2---高壓電解電容 C1---SGND---二極管D1---變壓器初級 PIN1 同理二次側續(xù)流電感 LF1 同名端極性發(fā)生改變,續(xù)流電感LF1 通過續(xù)流二極管 D4 向負載釋放能量；經過 Ton Toff 一開一關完成了一個完整周期，周而復始。

圖2 Q1、Q2同時開通初側二次側等效電路

圖3 Q1、Q2同時關斷初側二次側等效電路

線路優(yōu)點:它的每一個橋臂都是由一個二極管和一個開關管串聯組成,因此從線路結構上來說不存在橋臂直通的問題,可靠性高這是雙管正激最顯著的特點。

2.2 特點

線路較復雜,控制方式適應于單電壓輸入,加 PFC 功率因數校正可實現全電壓輸入，兩開關管 Q1 Q2 同時開通同時關斷;為保證安全工作一般占空比設置<0.5(Ton/Toff)，驅動功率大,屬于硬開關對 MOS 體內寄生二極管速度無特殊要求,轉換效率不高一般在 85%-88%之間，相對于 LLC 諧振線路好調試;一般用于便宜的低階市場。

2.3如何選擇功率器件

1:主開關管 Q1 Q2 耐壓選擇: VDS由于被二極管 D1 D2 鉗位,MOS Q1 Q2 所承受電壓就是 VBUS 電壓;

VDSmax=VBUS=264*1.414-20=353V,選擇500V MOS 即可;

2:二次側整流二極管 D3 D4 的反向耐壓選擇：

VKA=(V0+Vf)+(Vinmax/N)=12.7+353/7.2=61.73V為留有余量,故選用 100V 反向耐壓整流管。

三、LLC諧振半橋

3.1原理

工作原理概述: 實際上有六種工作狀態(tài),我們只描述最重要的兩種狀態(tài)；上下兩管輪流交替導通；

當 Q1 導通，Q2 截止狀態(tài): 充電回路 VBUS--Q1--諧振電感 Lr---主變壓器 NP---諧振電容Cr—SGND,此時主繞組 NP 儲存能量,與此同時二次側同名端 D1 導通,異名端 D2 截止,根據匝比經電解電容 C2 濾波輸出所需電壓；如等效電路 (圖 2)

當 Q1 截止,Q2 導通狀態(tài): 放電回路 主變壓器 NP(PIN2)--諧振電容 Cr---Q2(起續(xù)流作用)--諧振電感 Lr--主變壓器 NP(PIN1),與此同時一次側二次側由楞次定律,同名端極性改變, D1 截止,D2 導通,根據設計匝比,經過電解電容 C2 濾波輸出所需電壓；如等效電路 (圖 3)。

諧振半橋 LLC 優(yōu)點:轉換效率高,對功率零器件電壓應力要求低。

圖2 充電回路等效電路；Q1 開通 Q2 關斷初側二次側等效電路

圖3 放電回路等效電路, Q1 關斷 Q2 開通初側二次側等效電路

3.2特點

線路較復雜,PFM控制方式適應于單電壓輸入,加PFC功率因數校正電路可實現全電壓輸入,(一般固定架構就是 Active PFC+LLC 半橋)為保證安全工作一般占空比設置為=0.5(Ton/Toff)，驅動信號驅動兩開關管 Q1 Q2 輪流交替工作呈互補關系，且兩驅動信號之間留有死區(qū)時間,一般是 350nS 比較新的驅動方案帶有自動死區(qū)調節(jié)功能更安全,驅動功率大;屬于軟開關對 MOS體內寄生二極管 Trr 有速度要求,轉換效率高一般＞90%,一般應用于對轉換效率高有賣點的場合。

3.3如何選擇功率器件

以 12VDC 輸出電壓為例，如何選擇功率器件。

1:主開關管 Q1 Q2 耐壓選擇: VDS MOS Q1 Q2 所承受電壓就是 VBUS 電壓; VDSmax=VBUS=264*1.414-20=353V,選擇 500V MOS 即可;

2:二次側整流二極管 D1 D2 的反向耐壓選擇

如下圖所示次級繞組 NS1.NS2 都為 12V 電壓,當 D1 導通 D2 截止,此時 D2 所承受的理想狀態(tài)反向電壓為 12*2=24V, 考慮到要留有余量以及選擇通用型器件,綜合考量故選用 40V 的 SKY。

圖4 次級繞組

四、反激QR準諧振模式

4.1工作原理

反激諧振模式 QR 與普通反激線路上有差異(詳見圖 1、2),多了一路波谷檢測電路,主要作用是減小開關振蕩次數降低損耗,有利于提高轉換效率,降低 EMI 發(fā)射量。

工作原理:只有反激式開關電源才有準諧振 QR 這個概念,檢測原理是 VDS 電壓處于下降階段并產生多次振蕩,當檢測到第一個振蕩波第一個谷點（詳見圖 3）,開關 MOS 開通余下振蕩波形都可以避免出現,故這樣做即減小了多次振蕩損耗,也降低了 EMI 發(fā)射量。

谷點檢測:兩種檢測方式：一種是在變壓器主繞組NP上做檢測,另一種是在VCC繞組上做檢測。

圖1 谷底檢測電路

圖2 谷底檢測電路

圖3 谷底檢測

4.2特點

線路簡單,是普通反激線路改進型線路，PWM 控制方式適應于寬范圍電壓輸入,為保證安全工作一般占空比設置為<0.5(Ton/Toff)，為什么叫準諧振？因為準諧振是比較接近于諧振電路模式,但不是真正意義上的諧振。成本低、轉換效率接近90%,一般應用于對轉換效率高有賣點的場合。

五、各線路相同的地方以及主要區(qū)別

1、反激、雙管正激、LLC 諧振半橋 前端都可以加功率因數線路 PFC;

2、 反激、雙管正激、LLC 諧振半橋 二次側都可以加同步整流方案，以實現驅動 SR-MOS,提高轉換效率；

3、反激、雙管正激屬于硬開關,對高壓開關 MOS 體內寄生二極體 Trr 沒有嚴格的要求，LLC諧振半橋屬于軟開關對高壓開關 MOS 體內寄生二極體 Trr 有要求,最好在 100-200nS;

4、通過前面的分析可知除開反激要用到 600V 及以上的 HV MOS，余下雙管正激、LLC 諧振半橋 500V HV MOS 都夠用; 反激式開關電源有其自身的特點,主要是由于反激式電源/反激QR 的反射電壓和漏感尖峰電壓遭成了比較高的 VDS（詳見1.1 圖3 反激VDS實測波形），且變壓器漏感真實存在,只能減小不能消除。