确定准谐振反激式变换器主要设计参数的实用方法 准谐振反激式变换器(Flyback Converter)由于能够实现零电压开通，减少了开关损耗，降低了EMI噪声，因此越来越受到电源设计者的关注。但是由于它是工作在变频模式，因此导致诸多设计参数的不确定性。如何确定它的工作参数，成为设计这种变换器的关键，本文给出了一种较为实用的确定方法。 近年来，一些著名的国际芯片供应商陆续推出了准谐振反激式变换器的控制IC，例如安森美的NCP1207、IR公司的IRIS40XX系列、飞利浦的TEA162X系列以及意法半导体的L6565等。正如这些公司宣传的那样，在传统的反激式变换器当中加入准谐振技术，既可以实现开关管的零电压开通，从而提高了效率、减少了EMI噪声，同时又保留了反激式变换器所固有的成本低廉、结构简单、易于实现多路输出等优点。因此，准谐振反激式变换器在低功率场合具有广阔的应用前景。但是，由于这种变换器的工作频率会随着输入电压及负载的变化而变化，这就给设计工作(特别是变压器的设计)造成一些困难。本文将从工作频率入手，详细阐述如何确定准谐振反激式变换器的几个主要设计参数：最低工作频率、变压器初级电感量、折射电压、初级绕组的峰值电流等。 图1是准谐振反激式变换器的原理图。其中： L P为初级绕组电感量，L LEAK为初级绕组漏感量， R P是初级绕组的电阻，C P是谐振电容。 由图1可见，准谐振反激式变换器与传统的反激 式变换器的原理图基本一样，区别在于开关管的 导通时刻不一样。图2是工作在断续模式的传统 反激式变换器的开关管漏源极间电压V DS的波 形图。这里V IN是输入电压，V OR为次级到初级 图1：准谐振反激式变换器原理图。 的折射电压。 由图2可见，当副边绕组中的能量释放完毕之后(即变压器磁通完全复位)，在开关管的漏极出现正弦波振荡电压，振荡频率由L P、C P决定，衰减因子由R P决定。对于传统的反激式变换器，其工作频率是固定的，因此开关管再次导通有可能出现在振荡电压的任何位置(包括峰顶和谷底)。可以设想，如果控制开关管每次都是在振荡电压的谷底导通，如图3所示，那么就可以实现零电压导通(或是低电压导通)，这必将减少开关损耗，降低EMI噪声。实现这一点并不困难，只要增加磁通复位检测功能(通常是辅助绕组来实现)，以便在检测到振荡电压达到最低点时打开开关管，就能达到目的。这实质上就是准谐振反激式变换器的工作原理，前文提到的几种IC均能实现这个功能。由此带来的问题是其工作频率是变化的，从而影响了其它设计参数的确定。 设计参数的确定 设计反激式变换器，通常需要确定以下参数： f S：变换器的工作频率； I PMAX：初级绕组的最大峰值电流；
谐振去磁正激变换器的稳态分析 普高（杭州）科技开发有限公司 张兴柱 博士 图1是谐振去磁正激变换器和它的稳态分析电路。图2是在忽略输出电压开关纹波条件下的 (t V g )(t (t V g ) t (a) 原理图 (b) 稳态分析用电路 图1 谐振去磁正激变换器和它的稳态分析电路 CCM 图2 谐振去磁正激变换器在CCM 下的典型波形 当谐振去磁正激变换器工作在CCM 稳态时，在一个开关周期内共有四个不同的工作模式，每个工作模式的等效电路如图3所示，各模式的工作原理为： (a)： 模式 [1] (b)：模式 [2]
(c)： 模式 [3] (d)： 模式 [4] 图3 CCM 下的三个等效电路 模式[1]：D1与D2换流模式，[t 0-t 1]： 该模式从主管S 关断开始，到续流二极管D2导电结束。时间很短， 该区间内的激磁 电流和副边折射至原边的电流一起对Cc 和Coss 充放电，至变压器原边电压等于零. 模式[2]：续流模式(1)[谐振去磁模式]，[t 1-t 2] 该模式从二极管D1关断，D2开通开始，至去磁结束为止。此时副边是续流阶段，原边是去磁过程，它的去磁由激磁电感与等效电容Ce 的谐振实现，这也是谐振去磁名称的由来。其中：2N C C C C d c oss e ++= 模式[3]：续流模式2 [t 2-t 3] 该模式从原边去磁完成开始, 到开关管S 的触发导通结束，副边仍为续流模式。 模式[4]: 传能模式[t 3-T s ] 该模式从主管导通开始，到其关断结束， 此区间内输入向输出传递能量，原边激磁电感电流线性增加。 从CCM 模式下的理想稳态波形，根据输出滤波电感上的稳态伏秒平衡定律，即 s o s o g T D V DT V N V )1()( ?=? 可得与三绕组去磁正激变换器完全相同的输入/输出稳态关系。但经推导，其还有一些如下的关系： 模式[1]的时间间隔：N I V C C t t t o g oss c /I )(1m 011+×+=?=? （1） 模式[2]的时间间隔：m t t t ωπ = ?=?122 （2） 模式[3]的时间间隔：21233)1(t t T D t t t s ?????=?=? （3） 激磁电感电流的幅值：m s o m s g L T NV L dT V 22I I 2m 1m ×= ×=?= （4） 其中：e m m C L 1 = ω，模式[4]的时间间隔即为控制间隔s DT ，1t ?一般很短，通常可忽略不计。为使开关S 上的电压应力最小，可将低限/满载时的谐振去磁间隔m t ωπ = ?2正好等于s T D )1(max ?。在这种设计下，谐振电容电压的幅值和谐振频率分别为： min max max 12g cp V D D V ?= π ，s e m m T D C L )1(1max ?= = π ω
反激式开关电源电路图讲解 一，先分类 开关电源的拓扑结构按照功率大小的分类如下： 10W以内常用RCC(自激振荡)拓扑方式 10W-100W以内常用反激式拓扑(75W以上电源有PF值要求) 100W-300W 正激、双管反激、准谐振 300W-500W 准谐振、双管正激、半桥等 500W-2000W 双管正激、半桥、全桥 2000W以上全桥 二，重点 在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市场的70-80%,而其中反激式电源又占大部分,几乎常见的消费类产品全是反激式电源。 优点：成本低,外围元件少，低耗能，适用于宽电压范围输入,可多组输出. 缺点：输出纹波比较大。(输出加低内阻滤波电容或加LC噪声滤波器可以改善) 今天以最常用的反激开关电源的设计流程及元器件的选择方法为例。给大家讲解如何读懂反激开关电源电路图! 三，画框图 一般来说，总的来分按变压器初测部分和次侧部分来说明。开关电源的电路包括以下几个主要组成部分，如图1
图1，反激开关电源框图 四，原理图 图2是反激式开关电源的原理图，就是在图1框图的基础上，对各个部分进行详细的设计，当然，这些设计都是按照一定步骤进行的。下面会根据这个原理图进行各个部分的设计说明。 图2 典型反激开关电源原理图
五，保险管 图3 保险管 先认识一下电源的安规元件—保险管如图3。 作用：安全防护。在电源出现异常时，为了保护核心器件不受到损坏。 技术参数：额定电压 ,额定电流 ,熔断时间。 分类：快断、慢断、常规 计算公式：其中：Po：输出功率 η效率：(设计的评估值) Vinmin ：最小的输入电压 2：为经验值，在实际应用中，保险管的取值范围是理论值的1.5~3倍。 0.98： PF值 六，NTC和MOV NTC 热敏电阻的位置如图4。 图4 NTC热敏电阻 图4中的RT为NTC，电阻值随温度升高而降低,抑制开机时产生的浪涌电压形成的浪涌电流。
准谐振和谐振转换-两种提高电源效率的技术 准谐振和谐振转换-两种提高电源效率的技术 全球对能源成本上涨、环保和能源可持续性的关注正在推动欧盟、美国加州等地的相关机构相继推出降低电子设备能耗的规范。交流输入电源，不论是独立式的还是集成在电子设备中的，都会造成一定的能源浪费。首先，电源的效率不可能是100%的，部分能量在电源大负载工作时被浪费掉。其次，当负载未被使用时，连接交流线的电源会以待机功耗的形式消耗能量。 近年来，对电源效率等级的要求日趋严格。最近，80%以上的效率已成为了基本标准。新倡议的能效标准更是要求效率达到87%及以上。此外，只在满负载下测量效率的老办法已被淘汰。目前的新标准涉及了额定负载的25%、50%、75%和100%这四个点的四点平均水平。同样地，最大允许待机功耗也越来越受到限制，欧盟提议所有设备的待机功耗均应低于500mW，对于我们将讨论的电视机，则小于200mW。 除专家级的高效率电源设计领域之外，电子设备中所用的功率范围从1W 到500W的交流输入电源，一直以来主要采用两种拓扑：标准(或硬开关)反激式(flyback)拓扑，和双开关正激拓扑。这两种拓扑都很易于理解，而它们存在的问题，以及如何予以避免，业界都已有充分的认识。 不过，随着对效率的要求不断提高，这两种拓扑将逐渐为三种新的拓扑所取代：准谐振反激式拓扑、LLC谐振转换器拓扑和不对称半桥拓扑。准谐振反激式拓扑已被成功用于最低功率级到200W以上的范围。在70W-100W范围，LLC谐振转换器比准谐振反激式拓扑更有效。而在这
两个功率级之上，不对称半桥转换器也很有效。 工作原理 准谐振和谐振拓扑都能够降低电路中的导通开关损耗。图1对比了连续传导模式(CCM)反激式、准谐振反激式和LLC谐振转换器的导通开关波形。 所有情况下的开关损耗都由下式表示： 这里，PTurnOnLoss为开关损耗；ID为漏极电流；VDS是开关上的电压；COSSeff是等效输出电容值(包括杂散电容效应)；tON是导通时间，而fSW是开关频率。 a)CCM反激式转换器b)准谐振反激式转换器c)LLC谐振转换器 图1CCM反激式、准谐振反激式和LLC谐振转换器的开关波形比较CCM反激式转换器的开关损耗最高。对于输入电压范围很宽的设计，VDS 在500V–600V左右，是输入电压VDC与反射输出电压VRO 之和。进入不连续传导模式(DCM)时，漏电流降为零，开关损耗的第一项也随之降为零。在准谐振转换器中，若在电压波形的第一个(或后一个)波谷时导通，可进一步降低损耗。图中虚线所示为准谐振转换器在第一个谷底导通时的漏极波形。 如果准谐振反激式转换器的匝数比为20，输出电压为5V，则VRO等于100V，因此对于375V的总线电压，开关将在275V时导通。若有效
电力电子应用课程设计 班级电气3113 学号 1111221129 姓名姜飞虎 专业电气工程及其自动化 系别电气工程系 指导教师陈万丁卫红 淮阴工学院 电气工程系 2014年6月
前言 电力电子技术中，高频开关电源的设计主要分为两部分，一是电路部分的设计，二是磁路部分的设计。相对电路部分的设计而言，磁路部分的设计要复杂得多。磁路部分的设计，不但要求设计者拥有全面的理论知识，而且要有丰富的实践经验。在磁路部分设计完毕后，还必须放到实际电路中验证其性能。由此可见，在高频开关电源的设计中，真正难以把握的是磁路部分的设计。高频开关电源的磁性元件主要包括变压器、电感器。为此，本文将对高频开关电源变压器的设计，特别是正激变换器中变压器的设计，给出详细的分析，并设计出一个用于输入48V(36～75Vdc)，输出5Vdc/10A的正激变换器的高频开关电源变压器。 一、设计目的 通过本项目分析设计，加深学生对单管直流/直流变换电路的理解，掌握一般小功率DC/DC变换器主电路工作原理及相应控制方法，熟悉正激变换器中变压器复位的基本原理及相应的复位方式，熟悉开关电源中的磁性元件的设计方法；输入：36～75Vdc，输出：5Vdc/10A 二、设计任务 1、分析谐振复位正激电路工作原理，深入分析功率电路中各点的电压波形和各支路的电流波形； 2、根据输入输出的参数指标，计算功率电路的关键器件电压电流等级，并选取实际功率器件，设计正激变换器中脉冲变压器，包括原副边绕组匝数计算，导线选取，磁芯选择等。 3、焊接电路板，并调试。 三、总体设计 3.1开关电源的发展 开关电源被誉为高效节能电源，代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。 开关电源分为DC/DC和AC/DC两大类。前者输出质量较高的直流电，后者输出质量较高的交流电。开关电源的核心是电力电子变换器。按转换电能的种类，可分为直流-直流变换器（DC/DC变换器），是将一种直流电能转换成另一种或多
Quasi-Resonant (准谐振) Converter Topology : 简介： Advantage： 1)可以降低MOSFET 开关损耗，从而提高可靠性 2)可以改善EMI 特性，在增加功率传输效率的同时减少EMI 干扰，减少滤波器使用数量，降低成本 备注：谐振电路的定义—在具有R 、 L、 C 的交流电路中，电路两端的电压和电流位相一般是不同的，如果通过变更L 、C的参数或电源频率使其达到电压与电流的位相相同，此时电路呈现纯电阻性，这种状态就叫做谐振。在这种情况下，电路的电阻值达到极值（最大或者最小）。谐振分为串联谐振和并联谐振。 3)当工作在 discontinuous conduction mode 时，转换器会侦测到drain （漏极）电压波谷并在drain电压最小时开启MOSFET. 当工作在 continuous conduction mode 时，转换器会工作在固定工作频率。 工作机理： 1）当MOSFET 在导通时（Ton），输入电压Vin加在初级线圈上 Lm ，此时MOSFET 电流Ids 从0线性增加至最大值Ipk，在这段时间内，能量储存在 初级电感，为（Lm*Ipk*Ipk）/2 . 2）当MOSFET 关闭时，储存在线圈中的能量导致次级输出端的整流二极管开启。 在二级管开启的时间内（Td），输出电压Vo施加在次级线圈上，此时整流 二极管的电流从最大值Ipk*Np/Ns线性减少, 而此时输入电压Vin和次级线 圈反馈到初级线圈的点烟V0*Np/Ns 叠加到FET 上。 3）当二极管电流降至0时，FET的Vds 电压通过初级线圈Lm以及FET 的输出电容Coss以振幅V0*Np/Ns开始共振。当Vds达到最小值时，准谐振开关开启 MOSFET。这样就可以减少由于漏极与源极之间的电容导致的开关损益。这 就是所谓的ZVS . 4）当输出负载减少或者输入电压增大的时候， MOSFET 的Ton会减少并且开关频率增加。这就会导致严重的开关损失以及间歇性开关和噪音问题。 相关图形请参看以下：
准谐振SMPS控制器L6565功能原理及应用 准谐振SMPS控制器L6565功能原理及应用 1概述 ST公司在近期推出的L6565单片IC，是适用于准谐振（QR）零电压开关（ZVS）回扫变换器电流型初级控制器。QR操作依靠变压器退磁感测输入获得，变换器功率容量随主线电压变化通过线路前馈电压前馈补偿。在轻载时，L6565自动降低工作频率，但仍然尽可能保持接近ZVS 运行。 L6565的主要特点如下： QRZVS回扫拓扑电流型初级控制； 线路电压前馈控制保证交付恒定功率； 频率折弯（foldback）功能可获得最佳待机频率； 逐周脉冲与打嗝（hiccup）模式过电流保护（OCP）； 超低起动电流（<70μA）和静态电流（<3.5mA）； 堵塞功能（开/关控制）； 25V±1％的内部基准电压； ±400mA的图腾驱动器，在欠电压闭锁（UVLO） 情况下，保持输出低电平。 L6565的主要应用包括TV/监视器开关型电源（SMPS）、AC/DC适配器/充电器、数字消费类产品、打印机、传真机和扫描设备等。 2功能与工作原理 21封装及引脚功能 L6565采用8脚DIP（L6565N）和8脚SO（L6565D）封装，引脚排列。 L6565的引脚功能分别为： 脚1（INV）误差放大器反相输入； 脚2（COMP）误差放大器输出； 脚3（VFF）线路电压前馈； 脚4（CS）电流感测输入； 脚5（ZCD）变压器退磁零电流检测输入； 脚6（GND）地； 脚7（GD）栅极驱动器输出； 脚8（VCC）电源电压。 22工作原理 图1L6565引脚排列 图2L6565电源电路 图3ZCD及相关电路 （1）电源 L6565的电源电路。IC脚VCC的导通门限电压典型值是135V，关闭门限电压典型值是9 5V。一旦VCC脚导通，IC内部栅极驱动器电压直接由VCC提供，其它内部所有电路的工作电压均由线性调节器产生的7V电压供给。一个内部25V±1％的精密电压，供给初级
第2章有源箝位正激变换器的 工作原理 令狐采学 2.1 有源箝位正激变换器拓扑的选择 单端正激变换器具有结构简单、工作可靠、成本低廉、输入输出电气隔离、易于多路输出等优点，因而被广泛应用在中小功率变换场合。但是它有一个固有缺点：在主开关管关断期间，必须附加一个复位电路，以实现高频变压器的磁复位，防止变压器磁芯饱和[36]。传统的磁复位技术包括采用第三个复位绕组技术、无损的LCD箝位技术以及RCD 箝位技术。这三种复位技术虽然都有一定的优点，但是同时也存在一些缺陷[37-39]。
(1)第三复位绕组技术采用第三个复位绕组技术正激变换器的优点是技术比较成熟，变压器能量能够回馈给电网。 它存在的缺点是：第三复位绕组使得变压器的设计和制作比较复杂；变压器磁芯不是双向对称磁化，因而利用率较低；原边主开关管承受的电压应力很大。 (2)RCD箝位技术采用RCD箝位技术正激变换器的优点是电路结构比较简单，成本低廉。 它存在的缺点是：在磁复位过程中，磁化能量大部分都消耗在箝位网络中，因而效率较低；磁芯不是双向对称磁化，磁芯利用率较低。 (3)LCD箝位技术采用无损的LCD箝位技术正激变换器的优点是磁场能量能够全部回馈给电网，效率较高。
它存在的缺点是：在磁复位过程中，箝位网络的谐振电流峰值较大，增加了开关管的电流应力和通态损耗，因而效率较低；磁芯不是双向对称磁化，磁芯利用率较低。 而有源箝位正激变换器是在传统的正激式变换器的基础上，增加了由箝位电容和箝位开关管串联构成的有源箝位支路，虽然与传统的磁复位技术相比，有源箝位磁复位技术增加了一个箝位开关管，提高了变换器的成本，但是有源箝位磁复位技术有以下几个优点： (1)有源箝位正激变换器的占空比可以大于0.5，使得变压器的原副边匝比变大，从而可以有效地减少原边的导通损耗； (2)在变压器磁复位过程中，寄生元件中存储的
反激式变换器设计的文献综述 摘要：随着社会的不断发展人们对变开关电源的要求越来越高，市场的竞争也越来越激烈。其中反激式变换器因为有效的提高了开关电源的效率，元器件相对较少，成本较低，结构简单应用范围广等特点越来越受到人们的青睐。本文主要通过对反激式变换器原理的研究，以及结合SABER软件进行反真，设计出一个符合要求的反激式变换器。 关键词：反激式变换器，电流连续工作模式，电流断续工作模式，伏秒平衡 研究背景及目的：随着社会的进步和经济的不断的发展，科学技术的不断进步,特别是在20世纪60年代电力电子学的出现，更完善了电气工程的完整性。各种电力电子装置广泛的应用于高压电流输电，静止无功补偿，电力机车牵引，交直流电力传动，电解，励磁，电加热，高性能交直流电源中。因此，世界各国，都无不看中电力电子学对电气工程的作用。在我国电气工程作为一个一级学科，它包含了两个五个二级学科，即电力系统及其自动化，电机与电器，高电压与绝缘技术，电力电子与电力传动，电工理论与新技术。在这五个学科电力电子学都处于十分特殊的地位。 反激式变换器因为是开关电源的重要组成部分，开关电源的效率直接影响各电器的工作，是衡量电器好坏的重要指标。开关电源的设计若不达标，将会浪费大量的资源，因此设计一个效率高的开关电源尤其重要。反激式转换器又称单端反激式或：‘Buck-Boost’转换器，因其输出端在原边绕组关断时获得能量故而得名。在反激变换器拓扑中，开关管导通时，变压器储存能量，负载电流由输出滤波电容提供；开关管关断时，变压器将储存的能量传送到负载和输出滤波电容，以补偿电容单独提供负载电流时消耗的能量，其因电路简单，转换效率高损失小，变压器匝数比值小等优点【1】，极大的提高了开关电源的效率，所以反激式变换器日益成为国内外开关电源研究的热点。
电源招聘专家 一种准谐振反激式控制器功能简介 电源适配器(Power adapter)是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，按其输出类型可分为交流输出型和直流输出型;按连接方式可分为插墙式和桌面式。广泛配套于电话子母机、游戏机、语言复读机、随身听、笔记本电脑、蜂窝电话等设备中。 表1显示了针对外部电源适配器的最新的EPA 2.0 Level V标准。该表重点介绍了平均能效和空载功耗以及轻载功耗。 表1针对外部电源适配器的EPA 2.0 Level V标准 为此，英飞凌针对绿色电源适配器解决方案开发出全新具备数字降频、主动突发模式和折返校正等特性QR PWM IC ICE2QS03G。 2 CCM DCM与QR工作模式对照 反激式转换器广泛应用于交流/直流电源，尤其适用于输出功率低于150W的电源。单开关反激式转化器具备三种基本工作模式：连续导通模式(CCM)、断续导通模式(DCM)和准谐振(QR)模式。这三种工作模式都具备各自的优缺点。
电源招聘专家 2.1 连续导通模式 图1a是典型的CCM工作波形。转换器的输入功率是： (1) 由于电感器存储的电能不完全转移到二次侧，因此在相同条件下，CCM工作模式所需的电感通常高于DCM工作模式所需的电感。此外，更高的电感意味着主侧开关电流具备较低的交流/ 直流转换率，因此获得更低的导通损耗。不过，随着原边电感值的升高，变压器的磁损耗也会增大，因此在开关导通损耗和变压器导通损耗之间需折衷考虑。 此外，在占空比大于0.5的条件下，为避免次谐波振荡，需要加入斜率补偿功能。由于高压输入下，导通时间较短，高压下的补偿值低于低压下的补偿值。这将使高压下的最大输出功率远远高于低压下的最大输出功率。实际上，采用CCM工作模式的SMPS IC针对某个具体的设计只具备一条补偿曲线。如果设计发生变化，最大功率限制性能也会随之变化。 2.2 断续导通模式 图1b是采用D CM工作模式的反激式转换器的典型工作波形。该转换器的输入功率是： (2) 如上所述，在MOSFET导通期间电感存储的电能在MOSFET关断期间完全转移至次侧。最大功率只与电感、开关频率和峰值电流有关。对于采用固定频率的设计，在不同输入电压条件下，很容易通过使最大峰值电流保持不变来限制系统的最大输入功率。 2.3 自由运行准谐振模式 图1c是在QR工作模式下的典型工作波形。该转换器的输入功率是： (3) 在变压器二次侧电流为零时，原边主电感和漏源及线路的寄生电容发生谐振，功率开关只在漏源电压的最低点开通。在这种条件下，开关频率由输出负载和输入电压决定。如果峰值电流限制保持不变，在高输入电压条件下，开关频率将大幅提高。这将导致在高压下很高
基于TEA1751的反激式准谐振开关电源的设计 摘要：准谐振是一种能够实现零电压开通，减少开关损耗，降低EMI噪声的变换方式。该文介绍了准谐振变换的工作原理，设计并实现了一种采用芯片TEA1751为控制电路的准谐振反激式开关电源。与传统的反激式硬开关变换器相比，减少了开关管的开关损耗，提高了开关电源的效率。 关键词：开关电源；准谐振变换；零电压开关中图分类号：文献标识码：文章编号： 0 引言 随着电力电子技术的发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于电子设备，是当今电子信息产业不可缺少的一种电源方式[1]。 由于开关电源频率的提高，开关电源苦工作在硬开关状态，开关管开通时，开关管的电流上升和电压下降同时进行。关断时，电压上升和电流下降也同时进行。电压、电流波形的交叠产生了开关损耗，该损耗随开关频率的提高而急剧增加。为了提高电源的效率，就必须减少开关管的开关损耗。也就是要求开关电源工作在软开关状态。 软开关技术实际上就是利用电容与电感的谐振，以使开关管上的电压或通过开关管的电流按正弦或者准正弦规律变化，在减少开关损耗的同时也可控制浪涌的发生。在软开关技术中，有全谐振、准谐振、多谐振等变换方式[3]。本文引入准谐振变换方式来提高开关电源的效率。 1 反激式准谐振变换基本工作原理 图1反激式准谐振开关电源的原理图 图1所示为反激式准谐振开关电源的原理图，其中：RP 包括变压器初级绕组的电阻以及线路电阻，T为开关变压器，Lm 为初级励磁电感量，Llk为初级绕组漏感量，VT为MOS开关管，VD为整流二极管，Co为滤波电容，电容Cr 为缓冲电容，也是谐振电容，包括开关管VT 的输出电容COSS ，变压器的层间电容以及电路中的其他一些杂散电容。 图2反激式准谐振开关电源的工作波形 准谐振变换的工作波形如图 2 所示，在准谐振变换中，每个周期可分为4个不同的时间段，各时间段分析如下： （1）t0～t1 时段 开关管导通，输入电压全部加到初级电感（包括励磁电感Lm和漏感Llk）上，电感电流以斜率线性增大。此时能量被存储在初级电感中(称磁化)，开关管的漏源极电压= 0，整流二极管VD 截止。电流达到后开关管被关断。 开关管开通时间为： （1） （2）t1 ～t2 时段 t1 时，MOS开关管被关断。先是Lm与Llk串联对充电，由于两端电压不能突变，开关管的漏源极电压以斜率为 上升。随着的充电，当两端电压为时( 为整流二极管VD的正向导通电压，N为变压器T的初次级匝数比)，VD
准谐振反激式电源设计 低成本和高可靠性是离线电源设计中两个最重要的目标。准谐振(Quasi resonant) 设计为设计人员提供了可行的方法，以实现这两个目标。准谐振技术降低了MOSFET的开关损耗，从而提高可靠性。此外，更软的开关改善了电源的EMI特性，允许设计人员减少使用滤波器的数目，因而降低成本。本文将描述准谐振架构背后的理论及其实施，并说明这类反激式电源的使用价值。 基本知识 “准”(quasi)是指有点或部分的意思。在实现准谐振的设计中，现有的L-C 储能电路正战略性地用于PWM电源中。结果是L-C 储能电路的谐振效应能够“软化”开关器件的转换。这种更软的转换将降低开关损耗及与硬开关转换器相关的EMI。由于谐振电路仅在相当于其它传统方波转换器的开关转换瞬间才起作用，故而有“准谐振”之名。 要理解这种设计的拓扑结构，必须了解MOSFET和变压器的寄生特性。MOSFET包含若干个寄生电容，主要从器件的物理结构产生。它们可以数学方式简化为MOSFET输入电容CISS和MOSFET输出电容COSS，这里 CISS = CGS + CDG COSS = CDS + CDG 在硬开关转换器中，输出电容COSS是开关损耗的主要来源。 图1 MOSFET输入和输出电容
图2 变压器的寄生电容 变压器也包含了寄生电容(图2)。这些电容包括绕组间电容和层间电容，它们可以一起转型为单一的电容CW，也是硬开关转换器开关损耗的主要来源。 硬开关转换器中的寄生电容 图3示出传统硬开关反激式转换器。在这种传统的间断模式反激式转换器(DCM) 的停滞时间期间，寄生电容将与VDC周围的主要电感发生振荡。寄生电容上的电压会随振荡而变化，但始终具有相当大的数值。当下一个时钟周期的MOSFET 导通时间开始时，寄生电容(COSS和CW) 会通过MOSFET放电，产生很大的电流尖峰。由于这个电流出现时MOSFET 存在一个很大的电压，该电流尖峰因此会做成开关损耗。此外，电流尖峰含有大量的谐波含量，从而产生EMI。 准谐振反激式设计的实现 如果不用固定的时钟来初始化导通时间，而利用检测电路来有效地“感测”MOSFET (VDS) 漏源电压的第一个最小值或谷值，并仅在这时启动MOSFET导通时间，情况又会如何？结果会是由于寄生电容被充电到最小电压，导通的电流尖峰将会最小化。这情况常被称为谷值开关(Valley Switching) 或准谐振开关。在某些条件下，设计人员甚至可能获得零电压开关(ZVS)，即当MOSFET被激活时没有漏源电压。在这情况下，由于寄生电容没有充电，因此电流尖峰不会出现。这种电源本身是由线路/荷载条件决定的可变频率系统。换言之，调节是通过改变电源的工作频率来进行，不管当时负载或线路电压是多少，MOSFET始终保持在谷底的时候导通。这类型的工作介于连续(CCM) 和间断条件模式(DCM) 之间。因此，以这种模式工作的转换器被称作在边界条件模式(BCM) 下工作。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/9714396208.html, 准谐振反激式开关电源设计 作者：李惺靳丽钱跃国李向锋 来源：《现代电子技术》2013年第21期 摘要：设计了一种基于UCC28600控制器的准谐振反激式开关电源电路，分析了准谐振反激式开关电源的工作原理及实现方式，给出了电路及参数设计和选择过程，以及实际工作开关波形。实验证明，准谐振反激式开关电源具有输入电压范围宽、转换效率高、低EMI、工作稳定可靠的特点。准谐振技术降低了MOSFET的开关损耗，提高产品可靠性。此外，更软的开关改善了电源的EMI特性，允许设计人员减少滤波器的数目，降低了产品成本。 关键词：准谐振；反激； CRM； DCM； FFM； UCC28600 中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）21?0148?04 准谐振转换是十分成熟的技术，广泛用于消费产品的电源设计中。新型的绿色电源系列控制器实现低至150 mW的典型超低待机功耗。本文将阐述准谐振反激式转换器是如何提高电源效率以及如何用UCC28600设计准谐振电源。 1 常规的硬开关反激电路 图1所示为常规的硬开关反激式转换器电路。这种不连续模式反激式转换器（DCM）一个工作周期分为三个工作区间：（[t0～][t1]）为变压器向负载提供能量阶段，此时输出二极管导通，变压器初级的电流通过Np：Ns的耦合流向输出负载，逐渐减小；MOSFET电压由三部分叠加而成：输入直流电压[VDC、]输出反射电压[VFB、]漏感电压[VLK。]到[t1]时刻，输出二极管电流减小到0，此时变压器的初级电感和和寄生电容构成一个弱阻尼的谐振电路，周期为2π[LC]。在停滞区间（[t1～][t2]），寄生电容上的电压会随振荡而变化，但始终具有相当大的数值。当下一个周期[t2]节点，MOSFET 导通时间开始时，寄生电容（[COSS]和[CW]）上电荷会通过MOSFET放电，产生很大的电流尖峰。由于这个电流出现时MOSFET存在一个很大的电压，该电流尖峰因此会做成开关损耗。此外，电流尖峰含有大量的谐波含量，从而产生EMI。 2 准谐振反激式设计的实现 利用检测电路来有效地“感测”MOSFET漏源电压（[VDS]）的第一个最小值或谷值，并仅在这时启动MOSFET导通时间，由于寄生电容被充电到最低电压，导通的电流尖峰将会最小化。这情况常被称为谷值开关（Valley Switching）或准谐振开关。这种电源是由输入电压/负载条件决定的可变频率系统。换言之，调节是通过改变电源的工作频率来进行，不管当时负载或输入电压是多少，MOSFET始终保持在谷底的时候导通。这类型的工作介于连续（CCM）
为了减小体积和重量，60年代出现了开关频率高于市电工作频率的开关转换器。最初，开关转换器的工作频率在 20 kHz – 30 kHz 之间。70年代以后，随着先进器件(比如高速晶体管)的推广应用，开关频率可达到超过 100 kHz。但是，随开关频率升高而增大的开关损耗，严重影响开关转换器的性能。为了减小开关损耗，出现了开关频率高达 1 MHz 的准谐振、零电流开关 (ZCS) DC-DC 转换器。每个开关器件均在零电流时导通与关断，这样开关损耗只与导通电流有关而与开关频率无关。在每个开关周期内，转换器都向输出端传输高频能量。 目前，开关转换器通常都封装成高功率密度的砖式模块，如图1 所示。电源系统设计师在选择 DC-DC转换器模块时，通常只考虑体积、效率和价格，但很少考虑电路结构。由于目前转换器采用的电路结构(基本的电源转换电路)有许多种，所以了解转换器的电路结构，有助于选择适当的转换器。 图1 - 高密度 DC-DC 转换器模块，根据输入电压、输出电压和输出功率不同，转换器模块有上千种组合。这里显示的是体积最小的模块；尺寸为 2.28 x 1.45 x 0.5 英寸 (57.9 x 36.8 x 12.7 mm)，最大输出功率可达 150 W。 本文主要说明准谐振、零电流开关 DC-DC 转换器的电路结构和工作原理。还讨论各种电路结构的不同特点和某些优点。 图2 是一个准谐振、零电流开关 DC-DC 转换器的简化电路图。由于单只固体开关导通时，能量由电源传输到负载，所以这种转换器称为单端正激转换器。该转换器为准谐振转换器，开关在零电流处转换，真正消除了开关损耗。但是，它又与谐振转换器不同，电容器 Cr 中贮存的能量不能返回到电感 Lr 中。
绿色模式准谐振反激控制 新一代节能的AC/DC电源控制系统必须采用绿色模式的准谐振式工作，减少EMI，提高效率，降低待机损耗。T1公司的UCC28600以另一种特色技朮解决上述要求，UCC28600主要特点如下： ◆极低待机功耗＜150mW，符合欧洲新的绿色能源标准。 ◆准谐振式工作，降低EMI，降低开关损耗。 ◆极低起动电流最大仅25μA。 ◆可调过压保护，包括输入线路过压及输出电压过压。 ◆芯片内部过热保护，降温到某一水平后重新起动。 ◆过流保护，逐个周期式限流及打呃式保护。 ◆强输出驱动能力，有0.75A输出，1A漏入能力。 ◆软起动可调节。 ◆UCC28600主要用于LCD-TV，MONITOR及机顶盒电源，各种AC/DC适配器， 充电器，输出功率可到200W。 工作描述 UCC28600系一款新技朮设计的省能源，高水平保护，低成本的AC/DC解决方案。结合频率折返，猝发模式工作，降频工作等使电源在空载，轻载时达到最低功耗，由UCC28600及UCC28051组成的AC/DC简图如图1。
图1 UCC28600和UCC28051组成的AC/DC适配器电源电路UCC28600的内部方框电路如图2。 图2 UCC28600的内部等效方框电路 UCC28600共计8个PIN，各PIN功能如下： 1PIN SS软起动，接一电容到GND，内部电流源为其充电，改变电容即改变充电时间，改变软起动时间。故障时，此电容即放电，经由内部一支小MOSFET
放电，降下SS端电压，也即降下内部FB端电压，做到峰值电流限制。 2PIN FB反馈输入或控制输入，从光耦直接送到PWM比较器，用于控制功率MOSFET的峰值电流，内部有一支20KΩ电阻从此端接到5V基准，所以光耦之光电三极管可直接接入。此端电压控制着IC的三个工作模式，准谐振（QR）模式，频率折返（FFM）模式及猝发模式（Borst Mode）。 3PIN CS电流检测输入端，调节功率限制，可调制过流保护，CS端电压输入从电流检测电阻接入，再用两端之间的电阻值大小调节功率限制。 4PIN GMD公共端，从Vcc到GND用0.1μF的旁路电容旁路。 5PIN OUT输出驱动端，源出0.75A，漏入1A，输出电平为Vcc到GND。 6PIN VDD IC供电端，能量从辅助绕组供应，为防止起动过程中的打呃工作，还要一支较大的储能电容作旁路。 7PIN OVP过压保护端，检测输入线路的OVP，负载的OVP经QR开启给出，用初级偏臵绕组同时进行上述三种功能。 8PIN STATUS有源高电平开路漏极信号，作待机模式用，并用它去禁止PFC 的Vcc供应。 UCC28600是一个多种模式的控制器，如图3，图4所示，工作模式取决于线路及负载条件，在各种工作模式下，UCC28600终止输出为高电平信号系基于开关电流，于是UCC28600总是工作在电流模式控制，所以功率MOSFET的电流总是要限制的。 在正常工作模式下，FB端命令UCC28600的工作模式在电压阈值上，如图2
用于准谐振反激式变换器的新型数字系统解决方案 Mao Mingping、He Yi和Jeoh Meng Kiat 英飞凌科技亚太有限公司 8 Kallang Sector, Singapore 349282 1 简介 与模拟电源管理IC相比，数字IC可以实现设计更灵活、集成度更高且允许更大生产公差的系统解决方案。本文将介绍可提高系统性能的用于准谐振反激式控制器的数字电路。 在能源问题受到越来越广泛关注的今天，大部分电源标准不仅规定了满载时的效率，而且还规定了整个负载范围内的平均效率。例如，能源之星2.0（Energy Star 2.0） [1]规定的平均效率为87%。数字降频方法可以更方便地提高平均效率。另外，数字电路可以更精确地模拟非线性的最大输入功率极限曲线。英飞凌新型ICE2QS02G控制器[2]将这些数字特性与其他必要功能融合在一起，为客户提供卓越的系统解决方案。 2 ICE2QS02G的数字特性 2.1 数字降频带来负载降低 由于其开关损耗比固定频率的反激式变换器低且EMI性能更好，准谐振反激式变换器得到了广泛的应用。准谐振反激式变换器面临的挑战之一是其开关频率随输出功率的下降而上升。这抵消了通过准谐振方式工作而带来的效率提升，特别是在中等负载或低负载条件下。为了解决这一问题，英飞凌的准谐振PWM控制器IC ICE2QS02G采用了数字降频策略。ICE2QS02G同时采用数字信号处理电路和模拟信号处理电路。数字信号处理电路包括一个加/减计数器、一个过零信号计数器（ZC-计数器)和一个数字比较器；模拟电路包括一个电流测量单元和一个比较器。导通和关断的时间点分别由数字电路和模拟电路决定。 加/减计数器储存变压器退磁后主电源开关接通之前应忽略的过零信号数，该存储数由反馈电压VFB确定。VFB中包含了输出功率的信息。因此，加/减计数器中的存储数随VFB的数值而改变，以实现根据输出功率的变化来调整功率MOSFET的关断时间。 加/减计数器存储数的变化与反馈电压之间的关系如表1所示。在每个48 毫秒的时钟周期内，内部电路将反馈电压VFB分别与VRL、VRH和VRM这三个阀值电压进行比较，根据比较结果，加/减计数器的存储数相应增加、保持不变或减少。对于ICE2QS02G，过零信号的数量被限制在7个以内，因此加/减计数器的存储数也在1和7之间变动，而对于任何超
反激变换器设计（电源网rj44444 网友提供） 整理电源网lixuelei 2013年8月7日6:57:01 开关电源的出现使得使用使用市电的设备告别了笨重的变压器和需要使用庞大散热器的线性稳压器，电子产品做到了更小的体积、更轻的重量和更高的效率。但是，开关电源使得设计门槛大大提高，它要求设计者在电路和磁学上必须有深刻的理解。介绍开关电源的书籍很多，但是大都过于繁杂，学习和消化完一本书需要大量的时间精力，而即便完成了这一艰巨的任务，设计者也不见得具备独立设计一个完整电源系统的能力。 这里笔者根据自己所学知识和实际经验谈下反激式开关电源的设计方法，并结合实例变压器设计的详细计算过程。由于笔者接触开关电源时间不长，文中疏漏与不当之处难免，还望读者批评指正。 1. 基本反激变换器原理 在讨论具体的设计步骤之前，我们有必要介绍一下反激式开关电源的原理。对于反激式开关电源，在一个工作周期中，电源输入端先把能量存储在储能元件(通常是电感)中，然后储能元件再将能量传递给负载。这好比银行的自动取款系统，银行工作人员每天在某一时间段向自动取款机内部充入一定数目的钱(相当于电源输入端向储能元件存储能量)，一天中剩下的时间里，银行用户从取款机中将钱取走(相当于负载从储能元件中获取能量)。在银行工作人员向取款机充钱的时候，用户不能从取款机中取钱;客户正在取钱的阶段，银行工作人员也不会向存款机里面充钱。这就是反激式开关电源的特点，任何时刻，负载不能直接从输入电源处获取能量，能量总是以储能元件为媒介在输入电源和负载间进行传递的。
下面来看图一，这是反激式变换器的最基本形式，也就是我们常说的buck-boost(或者flyback)拓扑。当开关闭合时，输入电源加在电感L 上，流过电感的电流线性上升，上升斜率就是输入电压与电感量的比值(在这里以及以下讨论中，我们忽略了开关管的压降，但是不忽略二极管的压降，这将更符合后面关于离线式反激变换器的实际情况)，如下式： 在之一过程中，电能转换成磁场能量储存在电感内，电感量一定时，时间越长流过电感的电流越大，电感中储存的能量也就越大，电感内部储能大小如下式： 开关闭合期间，二极管 D 是反偏的，输入到输出端没有通路，电源输入端和电感都不向负载提供能量。
收稿日期：2012-01-15 一种高可靠性准谐振反激式 开关电源的设计 王富光，陈修林，张顺彪，谭红林 （株洲南车电气技术与材料科学研究院基础与平台研发中心，湖南株洲 412001）摘要：介绍了一种高可靠性准谐振反激式开关电源。分析了准谐振反激式开关电源和电源冗 余的工作原理及实现方式。通过实验分析，验证了理论分析的准确性，提高了电源可靠性。证 明该电源降低了开关损耗，具有较高的电源效率；表明了两路冗余电源具有较好的均流效果。 关键词：准谐振；冗余；反激；开关电源 Design of a High Reliability and Quasi-resonant Flyback Switching Power Supply WANG Fu-guang ，CHEN Xiu-lin ，ZHANG Shun-biao ，TAN Hong-lin (Base And Platform R &D Center ，Zhuzhou CSR Research Of Electrical Thchnology & Material Engineering ，Zhuzhou Hunan 412001，China) Abstract:A high reliability quasi-resonant flyback switching power supply is introduced.The Principles of quasi- resonant technology and power redundancy are analyzed.Experimental results confirmed the accuracy of the theoretical analysis;proved that the power decreased the switching losses and increased power efficiency;shown that redundant power supply has better current-sharing effect and high reliability. Keywords:quasi-resonant;redundancy;flyback;switching power supply 随着社会对能源效率和环保问题的关注度日 益提高，人们对开关电源的效率期望越来越高， 而减少开关损耗是提高效率的重要途径之一。采 用准谐振技术控制开关管，使其在开关管两端电 压最小时开通，可以很大程度地减少开关损耗， 相比传统的反激式开关电源，最多可以提高5%以 上效率；同时开通过程中因开关管承受的电压较低，产生的d v /d t 也小，于是产生较小的EMI ，有效的解决电磁干扰等问题。另一方面，开关电源现已广泛应用于铁路的通信网络等系统中。电源除了要连续运行外，还要经受高低温、高湿、冲击等考验。这就要求电源设备必须有很高的可靠性。采用冗余结构是一种有效提高电源可靠性的方法。本论文通过采用 准谐振控制芯片和两路冗余热备份结构，设计出 一种高可靠性的准谐振反激式开关电源。doi:10.3969/j.issn.1563-4795.2012.10.009 电子器件及应用37