效率優(yōu)于反激式拓?fù)涞腟EPIC電源方案
發(fā)布時(shí)間:2008/5/27 0:00:00 訪問(wèn)次數(shù):956
    
    
    在很多時(shí)候,設(shè)計(jì)者們總是要面對(duì)一組非孤立存在的電源規(guī)格參數(shù),其中輸出電壓介于輸入電壓的最大值與最小值之間。他們必須在sepic及反激式拓?fù)渲g作出選擇。通常,他們會(huì)選擇反激式拓?fù),主要原因是?duì)sepic缺乏了解,而這種選擇可能并不是最合理的。
    
    表1列出了汽車(chē)立體聲音響系統(tǒng)的一組電氣規(guī)格參數(shù)?梢钥吹捷斎腚妷悍秶浅4,從10v到40v,其中10v的電壓在大電流以及天氣很冷的情況下使用,而在汽車(chē)的電池?cái)嚅_(kāi)時(shí)會(huì)出現(xiàn)40v的浪涌。15v輸出電壓是輸入電壓范圍的中間值,需要一個(gè)對(duì)輸入電壓降壓-升壓的拓?fù)。輸出功率大約是26w,此功率在電源效率不太好時(shí)會(huì)引起散熱問(wèn)題。
    
    
    
    表1:典型汽車(chē)立體聲音響系統(tǒng)的一組電氣規(guī)格
    
    以這些規(guī)格為實(shí)例,圖1是最后設(shè)計(jì)出的電源硬件原型,左邊是sepic,右邊是反激式拓?fù)。兩種設(shè)計(jì)看上去很像,但是sepic的耦合電感要比反激式拓?fù)涞拇。在輕負(fù)載條件下,sepic轉(zhuǎn)換器在連續(xù)電流模式(ccm)下工作時(shí)需要較多的能量?jī)?chǔ)存,因而需要較大尺寸的磁性元件。
    
    
    
    圖1:典型汽車(chē)立體聲音響系統(tǒng)電源演示板
    (左邊為sepic,右邊為反激式拓?fù)?
    
    圖2是兩種拓?fù)浜?jiǎn)化的功率轉(zhuǎn)換級(jí)電氣原理圖。圖中反激式拓?fù)湟彩窃赾cm模式下工作。電源開(kāi)關(guān)q3接通,變壓器開(kāi)始充電,q3斷開(kāi),變壓器的次級(jí)電壓反轉(zhuǎn),電流通過(guò)d6到達(dá)輸出端。變壓器輸出等額的電量為輸出電容充電,并輸送至負(fù)載。通過(guò)控制占空比及進(jìn)入系統(tǒng)的能量增加可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的調(diào)節(jié)。電源開(kāi)關(guān)及二極管都是工作在非箝位感應(yīng)開(kāi)關(guān)(uis)模式,換句話說(shuō),施加在電源開(kāi)關(guān)及二極管上的電壓在很大程度上由變壓器的漏感與雜散電容來(lái)控制。
    
    
    
    圖2:sepic(左)及反激式拓?fù)?右)的簡(jiǎn)化電氣原理圖
    
    圖2中的sepic 轉(zhuǎn)換器也是在連續(xù)電流模式(ccm)下工作。q6接通后,c26的正極接地,此時(shí)變壓器t2的主次級(jí)線圈匝比相同,就會(huì)在c26的負(fù)極施加一個(gè)與變壓器輸入端相等的負(fù)電壓。也就是說(shuō)電容上會(huì)有一個(gè)所示極性的輸入電壓,在這個(gè)電路中,當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí),電能不斷儲(chǔ)存在初級(jí)電感中;電流流入次級(jí)電感及耦合電容(c26),以均衡其電量。開(kāi)關(guān)斷開(kāi),q6上的電壓開(kāi)始消失;一個(gè)來(lái)自初級(jí)線圈 (通過(guò)c26)與次級(jí)線圈(通過(guò) d9)的電流形成了輸出電流。
    
    此電路的優(yōu)點(diǎn)在于場(chǎng)效應(yīng)管(fet)電壓與二極管電壓都被電容器箝制住了,所以電路的瞬時(shí)擾動(dòng)很小。不過(guò)耦合電容器c26上出現(xiàn)很大的紋波電流就像是sepic為此 “付出的代價(jià)”。然而,此紋波電流在一定程度上會(huì)被c19的連續(xù)輸入電流所產(chǎn)生的紋波電流(比前者小很多)抵消。sepic拓?fù)潆娐返牧硪粋(gè)優(yōu)點(diǎn)就是能從輸入端吸取電能并同時(shí)輸送到輸出端,很像一個(gè)自耦變壓器。因?yàn)楣β书_(kāi)關(guān)不必處理全部功率傳輸,所以這種電路具有更高的效率。
    
    表 2 從理論分析及具體數(shù)字兩個(gè)方面比較了這兩種拓?fù)涞闹匾娐穮?shù)。此表假設(shè)電感紋波電流很小(大電感),所用的是理想二極管。同時(shí)假設(shè)反激式拓?fù)湔伎毡仁亲畲笾?0%。比較反激式拓?fù)涞妮斎腚娙菖csepic 的耦合電容時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn):兩種拓?fù)涞碾娙菁y波電流很相似。這兩個(gè)電容器應(yīng)該有相近的額定電壓,因?yàn)樗鼈兌际怯奢斎腚妷簛?lái)充電的。兩種拓?fù)涠加泻艽蟮慕涣骷y波電流,必須使用低等效串聯(lián)電阻(esr)電容器。
    
    
    
    表2:反激式拓?fù)浜蛃epic轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)參數(shù)的綜合比較。(假設(shè)電感l(wèi)足夠大,二極管是理想二極管)
    
    以上面的設(shè)計(jì)為例,由于與反激式電源相比,sepic的占空比較大,二極管也需要較長(zhǎng)的反偏時(shí)間,所以需要稍微大一點(diǎn)的輸入電容。表3也給出了兩種電源的fet電壓及二極管電壓最大值。反激式拓?fù)涞?
    
    
    在很多時(shí)候,設(shè)計(jì)者們總是要面對(duì)一組非孤立存在的電源規(guī)格參數(shù),其中輸出電壓介于輸入電壓的最大值與最小值之間。他們必須在sepic及反激式拓?fù)渲g作出選擇。通常,他們會(huì)選擇反激式拓?fù)洌饕蚴菍?duì)sepic缺乏了解,而這種選擇可能并不是最合理的。
    
    表1列出了汽車(chē)立體聲音響系統(tǒng)的一組電氣規(guī)格參數(shù)?梢钥吹捷斎腚妷悍秶浅4,從10v到40v,其中10v的電壓在大電流以及天氣很冷的情況下使用,而在汽車(chē)的電池?cái)嚅_(kāi)時(shí)會(huì)出現(xiàn)40v的浪涌。15v輸出電壓是輸入電壓范圍的中間值,需要一個(gè)對(duì)輸入電壓降壓-升壓的拓?fù)。輸出功率大約是26w,此功率在電源效率不太好時(shí)會(huì)引起散熱問(wèn)題。
    
    
    
    表1:典型汽車(chē)立體聲音響系統(tǒng)的一組電氣規(guī)格
    
    以這些規(guī)格為實(shí)例,圖1是最后設(shè)計(jì)出的電源硬件原型,左邊是sepic,右邊是反激式拓?fù)。兩種設(shè)計(jì)看上去很像,但是sepic的耦合電感要比反激式拓?fù)涞拇。在輕負(fù)載條件下,sepic轉(zhuǎn)換器在連續(xù)電流模式(ccm)下工作時(shí)需要較多的能量?jī)?chǔ)存,因而需要較大尺寸的磁性元件。
    
    
    
    圖1:典型汽車(chē)立體聲音響系統(tǒng)電源演示板
    (左邊為sepic,右邊為反激式拓?fù)?
    
    圖2是兩種拓?fù)浜?jiǎn)化的功率轉(zhuǎn)換級(jí)電氣原理圖。圖中反激式拓?fù)湟彩窃赾cm模式下工作。電源開(kāi)關(guān)q3接通,變壓器開(kāi)始充電,q3斷開(kāi),變壓器的次級(jí)電壓反轉(zhuǎn),電流通過(guò)d6到達(dá)輸出端。變壓器輸出等額的電量為輸出電容充電,并輸送至負(fù)載。通過(guò)控制占空比及進(jìn)入系統(tǒng)的能量增加可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的調(diào)節(jié)。電源開(kāi)關(guān)及二極管都是工作在非箝位感應(yīng)開(kāi)關(guān)(uis)模式,換句話說(shuō),施加在電源開(kāi)關(guān)及二極管上的電壓在很大程度上由變壓器的漏感與雜散電容來(lái)控制。
    
    
    
    圖2:sepic(左)及反激式拓?fù)?右)的簡(jiǎn)化電氣原理圖
    
    圖2中的sepic 轉(zhuǎn)換器也是在連續(xù)電流模式(ccm)下工作。q6接通后,c26的正極接地,此時(shí)變壓器t2的主次級(jí)線圈匝比相同,就會(huì)在c26的負(fù)極施加一個(gè)與變壓器輸入端相等的負(fù)電壓。也就是說(shuō)電容上會(huì)有一個(gè)所示極性的輸入電壓,在這個(gè)電路中,當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí),電能不斷儲(chǔ)存在初級(jí)電感中;電流流入次級(jí)電感及耦合電容(c26),以均衡其電量。開(kāi)關(guān)斷開(kāi),q6上的電壓開(kāi)始消失;一個(gè)來(lái)自初級(jí)線圈 (通過(guò)c26)與次級(jí)線圈(通過(guò) d9)的電流形成了輸出電流。
    
    此電路的優(yōu)點(diǎn)在于場(chǎng)效應(yīng)管(fet)電壓與二極管電壓都被電容器箝制住了,所以電路的瞬時(shí)擾動(dòng)很小。不過(guò)耦合電容器c26上出現(xiàn)很大的紋波電流就像是sepic為此 “付出的代價(jià)”。然而,此紋波電流在一定程度上會(huì)被c19的連續(xù)輸入電流所產(chǎn)生的紋波電流(比前者小很多)抵消。sepic拓?fù)潆娐返牧硪粋(gè)優(yōu)點(diǎn)就是能從輸入端吸取電能并同時(shí)輸送到輸出端,很像一個(gè)自耦變壓器。因?yàn)楣β书_(kāi)關(guān)不必處理全部功率傳輸,所以這種電路具有更高的效率。
    
    表 2 從理論分析及具體數(shù)字兩個(gè)方面比較了這兩種拓?fù)涞闹匾娐穮?shù)。此表假設(shè)電感紋波電流很小(大電感),所用的是理想二極管。同時(shí)假設(shè)反激式拓?fù)湔伎毡仁亲畲笾?0%。比較反激式拓?fù)涞妮斎腚娙菖csepic 的耦合電容時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn):兩種拓?fù)涞碾娙菁y波電流很相似。這兩個(gè)電容器應(yīng)該有相近的額定電壓,因?yàn)樗鼈兌际怯奢斎腚妷簛?lái)充電的。兩種拓?fù)涠加泻艽蟮慕涣骷y波電流,必須使用低等效串聯(lián)電阻(esr)電容器。
    
    
    
    表2:反激式拓?fù)浜蛃epic轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)參數(shù)的綜合比較。(假設(shè)電感l(wèi)足夠大,二極管是理想二極管)
    
    以上面的設(shè)計(jì)為例,由于與反激式電源相比,sepic的占空比較大,二極管也需要較長(zhǎng)的反偏時(shí)間,所以需要稍微大一點(diǎn)的輸入電容。表3也給出了兩種電源的fet電壓及二極管電壓最大值。反激式拓?fù)涞?
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