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电源反激式设计和电源对电解电容性能要求

时间:2019-07-30 来源:meanwellpower.net浏览次数:79

  反激式转换器。

  根据应用的不同,直流-直流应用(DC/DC应用)可能需要多个输出,而且需要输出隔离,此外,输入与输出的隔离可能需要符合安全标准或提供阻抗匹配。

  隔离式电源不仅可以防止用户接触到潜在的致命电压和电流,而且具有性能优势,利用中断接地回路,隔离式电源可以保持仪器精度,并可以在不牺牲总线益处的条件下很容易通过负电源总线提供正稳压电压。

  对设计人员来说,反激式拓扑结构历来是输出功率100W以下的电源隔离式转换器的首选,这种拓扑结构只需要一个磁性元件和一个输出整流管,因而具有简单和低成本的优势,同时它也可以轻松实现多路输出。

  而反激式拓扑结构的缺点是:它需要一个高容值的输出电容,功率开关管和输出二极管的电流应力较高,气隙区涡流损耗较高,变压器铁芯较大以及可能存在的EMI问题。

  反激式转换器源于降压-升压拓扑结构,其主要缺点是:只有在开关MOSFET导通时间内,该转换器才从源极收集能量,在后来的关明纬电源断期间,来自一次侧绕组的这种能量从电感传递到输出端,这是反激式和降压-升压拓扑结构的独特特点,(图1)。

  一次侧电流和二次侧电流同时流过时,反激式变压器并不像传统变压器那样正常工作,实际上只有一小部分能量(磁化能量)被存储在变压器中。

  反激式变压器更像是同一铁芯上的多个电感器,而非一个典型的变压器,理想的情况是,变压器并不存储能量,所有的能量都在瞬间从一次侧转移到二次侧。

  反激式变压器可用作储能装置,能量存储在铁芯的气隙或坡莫合金粉芯的分布式气隙当中。

  电感变压器的设计应尽量减少漏感,交流绕组损耗和磁芯损耗。

  漏感是一次侧电感的一部分,未与二次侧电感相互耦合,保持尽可能低的漏感十分重要,因为它会降低变压器的效率,还会导致开关器件的漏极出现尖峰,漏感可被看作为存储在变压器中的部分能量,它不会转移到二次侧和负载,这种能量需要通过一个外部缓冲器在一次侧耗散掉。

  缓冲器的配置将在后面予以讨论。

  台湾明纬当MOSFET开启且电压施加在一次侧绕组时,一次侧电流线性上升,输入电流的变化是由输入电压,变压器一次侧电感和导通时间决定的,在这段时间内,能量被存储在变压器铁芯中,输出二极管D1被反向偏置,能量不会转移到输出负载。

  当MOSFET关闭时,磁场开始下降,颠倒了一次侧和二次侧绕组之间的极性,D1被正向偏置,能量转移到负载。

  断续传导模式与连续传导模式:。

  反激式转换器像任何其他的拓扑结构一样有两种不同的工作模式——断续模式和连续模式。

  当输出电流的增加超过一定值时,断续模式设计的电路将转为连续模式。

  在断续模式下,导通时间内存储在一次侧的所有能量都会于下一周期开始之前完全转移到二次侧和负载,而且,在二次电流达到零值和下一个周期开始间的瞬间还会有死区时间。

  在连续模式下,当下一个周期开始时,仍会有一些能量留在二次侧。

  反激式转换器可以在两种模式下运行,但它具有不同的特征。

  众所周知,开关电源是当今信息家meanwell电设备的主要电源,为电子设备小型轻便化作出不可磨灭的贡献,开关电源不断的小型化,轻量化和高效率,在电子设备中使用量越来越大,普及率越来越高,相应的就要求电解电容器小型大容量化,耐纹波电流,高频低阻抗化,高温度长寿命化和更适应高密度组装。

  大容积,小体积。

  由于电解电容器多数采用卷绕结构,很容易扩大体积,因此单位体积电容量非常大,比其它电容大几倍到几十倍,但是大电容量的获取是以体积的扩大为代价的,现代开关电源要求越来越高的效率,越来越小的体积,因此,有必要寻求新的解决办法,来获得大电容量,小体积的电容器。

  在开关电源的原边一旦采用有源滤波器电路,则铝电解电容器的使用环境变得比以前更为严酷:。

  (1)高频脉冲电流主要是20kHz~100kHz的脉动电流,而且大幅度增加。

  (2)变换器的主开关管发热,导致铝电解电容器的周围温度升高。

  (3)变换器多采用升压电路,因此要求耐高压的铝电解电容器,这样一来,利用创联电源以往技术制造的铝电解电容器,由于要吸收比以往更大的脉动电流,不得不选择大尺寸的电容器,结果,使电源的体积庞大,难以用于小型化的电子设备,为了解决这些难题,必须研究与开发一种新型的电解电容器,体积小,耐高压,并且允许流过大量高频脉冲电流,另外,这种电解电容器,在高温环境下工作,工作寿命还须比较长。

  高温,长寿命化。

  在开关电源设计过程中,不可避免地要挑选适用的电容,就100μF以上的中,大容量产品来说,因为铝电解电容的价格便宜,所以,迄今使用的最为广泛,但是,最近几年却发生了显著变化,避免使用铝电解电容的情况正在增加,出现这种变化的一个原因是,铝电解电容的寿命往往会成为整个设备的薄弱环节,电源模块制造厂家的工程师表示:“对于铝电解电容这种寿命有限的元件,如果可以不用,就尽量不要采用,”因为铝电解电容内部的电解液会蒸发或产生化学变化,导致静电容量减少或等效串联电阻(ESR)增大,随着时间的推移,电容性能肯定会劣化。

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