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原创 第十期产品组

探讨一种利用漏感储能的正反激电路

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boy59
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  • 2018-11-7 17:17:30
如果楼主的作品对你的研发学习和知识储备有了很大的帮助,欢迎点击活动页面投上你宝贵的一票吧!

在硬开关电路中变压器的漏感会增加开关管的应力、降低电源的效率,一般都希望漏感越小越好(反激连续模式中适量的漏感有利于抑制反向恢复电流)。
在正激电源中续流电感和变压器是分离开的,反激电源中电感和变压器是合二为一的,因而小功率应用中反激电源在体积和成本上更有优势。
之前就有个想法看能否把漏感作为正激变压器的续流电感,同时解决上述应力、效率、体积及成本等问题,准备借这次机会理论分析+实践测试一下……

小编:下图作为活动页面展示用,楼主可以自行调换,谢谢。
094424pbvy4lhvil1vs700.jpg
世纪电源网-九天
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  • 2018-11-7 17:36:41
 
欢迎dalao发帖~~前排围观~
nc965
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  • 2018-11-7 22:47:08
 
之前很多研究,最后应用不多。
boy59
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  • 2018-11-8 07:42:40
 
应该是存在一些弊端,譬如现在就已发现的这种电路占空比不能超过50%漏感不能工作于CCM模式……
YTDFWANGWEI
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  • 2018-11-8 08:29:56
 
只要在某一个方面具有明显的优势,且不增加成本,那就有应用的市场。
boy59
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  • 2018-11-8 09:11:13
 
有道理,看后面能分析出什么样的结果。
靖哥哥
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  • 2018-11-8 12:28:18
 
支持楼主,围观学习...
boy59
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  • 2018-11-12 09:44:29
 
想要利用漏感就要为漏感电流设计一条通道,比如LLC电路、有源钳位电路、双管电路等,这里要探讨的是后一种硬开关双管电路。
常见的双管电路有双管正激、双管反激,这里的电路将由双管反激展开…
双管反激电路.jpg
                               图1-1-1 双管反激电路
双管反激和普通的反激电路原理是一样的,区别是双管反激为漏感提供了通道可以实现漏感能量回收。通常在设计反激电源时都忽略了漏感(Lr)的影响或假设漏感很小,因这里的应用要利用漏感储能所以就不能将漏感设计的很小,考虑大漏感的分析过程如下:

boy59
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  • 2018-11-12 10:53:13
 
1、        断续模式:
双管反激DCM.jpg
                                      图1-1-2 双管反激断续模式电流波形
Ton时间段,电感Lr、Lm电流同步增加斜率为Uin/(Lm+Lr);Toff时间段,励磁电流Ilm的斜率为-Uo/Lm,漏感电流Ilr的斜率为-(Uin-Uo)/Lr。
其中图中的阴影区域为回收电流由漏感造成不能传输到输出端,如果电路是采用的普通RCD吸收这部分能量都将被消耗掉,所以阴影区域越小越好(漏感越小越好)。
2、        连续模式:
双管反激CCM.jpg
                                   图1-1-3 双管反激连续模式电流波形
连续模式可以将波形分为4个区域,区域①漏感电流斜率(Uin+Uo)/Lr,区域②漏感和励磁电感的斜率Uin/(Lm+Lr),区域③漏感电流斜率-(Uin-Uo)/Lr,区域④励磁电流斜率-Uo/Lm。
连续模式时有个很关键的伏秒平衡方程:
伏秒平衡公式.jpg
如果忽略漏感Lr上述公式就变成了常见的伏秒平衡公式,注意上述公式中Don2≠Don而是指区域2的占空比。在连续模式占空比不变的条件下,随着负载的加重输出电压降低的问题,除了电路损耗外从上述公式也能体现出来。或者说如果不考虑效率的因素,只有知道了Uin,Uo,Don,Lm,Lr就可以推断出输出负载大小或者是输出功率大小(CCM模式),因为负载变Uo一定变而且他们的关系是唯一的。
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  • 2018-11-12 11:37:34
 
根据公式描绘出电流波形并同Saber的仿真结果做对比如下:
反激断续模式波形对比.jpg
                         图1-1-4 双管反激Saber仿真与Mathcad计算对比
上图的对比结果显示上述对电路原理的分析并无太大偏差。

boy59
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  • 2018-11-12 16:37:12
 
有了电流方程后可以很方便的进行后续分析,下图为等负载增益曲线
等负载增益曲线.jpg
                               图1-1-5 双管反激等负载增益曲线
图中的灰线Ro=R.BCM为临界增益曲线,由于没有对方程进行整理(整理后的方程估计为一元三次方程)而是直接用root工具求解,在自定义取值区间上有些麻烦造成部分曲线出现断线的情况。
设漏感的百分比为k,可以得到不同漏感下的直流增益曲线图:
漏感对增益曲线的影响.jpg
                                 图1-1-6 不同漏感下的增益曲线
当设漏感Lr=0时计算曲线与理论增益曲线重合。

greendot
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  • 2018-11-12 11:59:18
 
是不是应该说“阴影区域的高度越小越好” 。
ILm-ILr 的波形,Saber和MathCAD是否一样?
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  • 2018-11-12 12:38:33
 
差值电流及输出电流.jpg
两个电流的差值仿真和Mathcad计算的结果是一样的,“阴影区域高度越小越好”不是太理解,这个高度应该就是指峰值电流Ipk吧,应该是跟输出功率的关系更大一些……
greendot
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  • 2018-11-12 15:29:15
 
我想到别的地方去了。
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  • 2018-11-12 16:36:29
 
     
greendot
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  • 2018-11-12 17:09:55
 
其实说高度也是可以的,E=0.5*L*Ipk2.
boy59
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  • 2018-11-12 17:19:59
 
Ipk=Tk*Uin/Lr , E=0.5*Uin*Ipk*Tk=0.5*Lr*Ipk2 ,说高度也可以说宽度也可以,所以说面积比较统一。
boy59
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  • 2018-11-12 16:49:21
 
只需把图1-1-1双管反激电路的变压器输出同名端调换一下就可以变成以漏感为续流电感的双管正激电路。
双管正激电路.jpg
                                     图2-1 利用漏感储能的双管正激电路
这种电路的输出侧不需要额外增加续流电感,漏感既为续流电感。初级侧的二极管作为续流二极管,通常应用初级侧都是承受高压小电流所以相对来说效率可能会提高一点。

何仙公
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  • 2018-11-13 00:00:07
 
我只想看结果,结果行了再分析过程!
boy59
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  • 2018-11-13 10:21:16
 
其实拓扑并不是新拓扑只是在应用上有所不同,能正常工作是不用怀疑的。只是性能、性价比这些要等分析后才好判断是否有优势。
何仙公
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  • 2018-11-13 10:26:02
 
我担心 漏感太小了,不足以续流
boy59
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  • 2018-11-13 10:52:36
 
这种正反激电路算是LLC电路的一种特殊应用,大漏感可以按LLC变压器的绕制方式来实现(磁集成)或者外置漏感。
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  • 2018-11-13 11:25:09
 
漏感续流双管正激电路电流波形如下:
双管正激电流波形.jpg
                                   图2-2 漏感续流双管正激电流波形
区域①漏感电流斜率(Uin-Uo)/Lr;区域②漏感电流斜率-(Uin+Uo)/Lr;区域③漏感、励磁电感斜率-Uin/(Lm+Lr);区域①、②励磁电感斜率Uo/Lm。
漏感作为续流电感缺点是不能工作在连续模式,因为如果漏感工作在CCM模式励磁电感就没有磁复位的时间,最终会导致变压器饱和。目前还没有想到有什么办法能解决这个问题,如果有那么这种电路将优于普通的正激电路。
其等负载增益曲线如下:
双管正激等负载增益曲线.jpg
                              图2-3 漏感续流双管正激等负载增益曲线
其中k=Lr/Lm表示漏感百分比(图中取k=20%)。
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  • 2018-11-13 11:48:48
 
从上述对两种电路的分析中可以发现反激电路是利用励磁电感 Lm传递能量,漏感Lr是不利因素;正激电路是利用漏感Lr传递能量,励磁电感Lm是不利因素。如果把两种电路结合起来能否变不利为有利因素?正反激电路就这样产生了。
双管正反激电路.jpg
                                   图3-1 双管正反激电路
如上图正反激电路的输出侧同时包含了正激绕组和反激绕组,如果换个角度这种电路同LLC电路非常的相似,特性也比较相似(除软开关特性外)。

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  • 2018-11-13 16:47:19
 
两种电路的仿真波形对比如下:
正反激与LLC对比.jpg
                            图3-2 LLC电路与漏感续流正反激电流波形对比
上图电流波形为相同负载、相同输出电压(既相同同输出功率)的条件下获得,由这个电流波形可知这种正反激电路无任何优势……
LLC电路变压器工作于一、三象限,漏感续流正反激电路工作于第一象限,相同输出功率下后者峰值电流为前者的两倍多(正弦波有效值高于三角波)。原本认为漏感续流正反激电路的励磁电感能量可以传递到次级,实际上励磁电流并没有传递过去而是以直流分量的形式存在于初级侧绕组中。

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  • 2018-11-13 17:10:26
 
如果将LLC电路的谐振电容用母线电容替代,使开关频率远高于谐振频率也算是一种正反激电路
母线电容LLC.jpg
                              图3-3 大谐振电容LLC电路波形
无输出滤波电感的推挽电路、全桥电路也可以实现临界模式正反激效果。

liaozhaocheng
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  • 2018-11-21 19:12:17
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关注~!
Yongcai_Lai
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  • 2018-11-19 16:18:43
 
我还以为是什么呢,原来是一下双管反激
boy59
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  • 2018-11-20 08:43:20
 
双管反激、双管正激、双管正反激、推挽、LLC等电路分析到最后都感觉差不多,万变不离其宗……
星宇
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  • 2018-12-2 21:38:49
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强烈要求上实物图!
nc965
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  • 2018-12-2 23:32:46
  • 倒数8
 
都没结论,何来实物?
星宇
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  • 2018-12-3 00:08:19
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先理论分析,然后实物验证,中间过程如果有问题,再找原因!不然都是空谈!
boy59
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  • 2018-12-3 08:55:04
  • 倒数6
 
现在是理论还没有通过…… 遇到这么几个问题
1、预想漏感可以同输出次的续流电感一样工作于CCM模式,实际情况是变压器的励磁电感没办法复位。工作于DCM模式时还没同小功率的DCM模式反激做过比较。
2、预想漏感和励磁电感的能量都传递到次级形成正反激电路,实际情况时正激、反激只能二选一。如果正激的后面带续流电感(正统的正激)的倒是可以实现正反激都输出的功能。
3、目前的这种正反激只能工作于临界或断续模式(第一象限),不如加隔直电容后工作于一、三象限有优势。

greendot
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  • 2018-12-3 12:02:39
  • 倒数5
 
如果把漏感等效地画在次级,这些预想就可能容易看明白些。
boy59
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  • 2018-12-3 19:44:19
  • 倒数4
 
没考虑过次级漏感的应用,实际绕制变压器过程中如何控制次级漏感大小?
nc965
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  • 2018-12-3 20:04:28
  • 倒数3
 
原边副边不可以单独控制,只能单独控制几个副边之间的漏感
greendot
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  • 2018-12-4 11:40:58
  • 倒数2
 
漏感的大小,大致取决于两绕组间的距离,相对位置,线组厚度,绕线均匀度,线组覆盖磁芯长度....。
试试把24楼图里的初级漏感拿掉,正激副边串一大漏感,反激副边串小漏感,仿一仿。
boy59
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  • 2018-12-5 08:32:18
  • 倒数1
 
这两天在琢磨另一个问题,等理清了头绪再回头好好的分析一下这个次边漏感的应用。
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