初級是一個經典的MOS RCC電路,峰值電流控制模式,其工作原理和過程不在復述.次級看起來很像一個倍壓整流電路,也可以這樣認為,變壓器的正激電壓和反激電壓累加起來合成了輸出電壓.開關管導通時,變壓器的漏感充當了正激變換器的電感,但漏感一般都會比較小,這時,流過C4的電流和一般正激不一樣,不是一個鋸齒波,而是漏感和C4諧振的正弦波的一部分,這個地方的最佳工作狀態是滿載時開關管的導通脈寬內,正激電流剛好諧振半個周期,正激電流變為0,和同狀態的反激電源相比,開關管關斷時電流峰值降低了不少,最大可以達到一半.開關管導通時,變壓器也在儲通,和普通的RCC電源一樣,反激電流和普通的反激電源一樣是一個鋸齒波,實際上流過變壓器初級和開關管上的電流是正激電流和反激電流的和.
開關管關斷時,變壓器的儲能疊加上C4上的正激電壓,通過D5輸出.由于變壓器的漏感一般很小,C4會比較大,C4上的電壓變化很小,變壓器的次級電流可以認為是線性減至0的,計算時可以按RCC反激電源一樣處理.
下面有三張波形圖是在輸出為59V1.8A輸入電壓約為190VAC時實測的波形,1通道是電流采樣電阻R11(0.24歐)上的波形,2通道是A點的波形,兩通道都有10倍的衰減速.由A點可以知道開關管漏極的波形,本人沒有高壓探頭,暫時無法測量開關管漏極的波形.照片是手機拍照的,質量較差,大伙湊合著看.
第1張是用數字模式抓到的一個比較典型的波形.
第2張是用模擬模式測到的波形
第3張是波形的包絡.
由于初級電容較小,初級100Hz的紋波比較大,導致波形抖在+300點電壓比較低的時候,變壓器已經有一點飽和了,在電流波形尾部有所表現.
由于本人財力有限,電源是用一塊壞掉的3842做的充電器的基礎上制作的,開關管是10N60,變壓器是PQ3225自己拆下來改繞了一下,整流管D5、D8是SB5100,開關管和整流管均沒有加散熱器,整流管的腳沒有剪短,正式做的話,可能需要一片比較小的散熱片,或者是利用線路板敷銅鍍錫來散熱.
底下的大板是壞掉的充電器,充電控制部分還是好的,只用了這一部分電路,小板是半塊某RCC電源的板子,初級部分的電路都在這里.變壓器的出線頭留的比較長,沒有焊在腿上,直接焊在了板子上,開關管關斷時的毛刺比較大,與此也有一定的關系.電源在滿載工作30分鐘后,開關管用手按在塑料部分上面可以忍受住,磁芯,線包,用手按住也可以忍受,整流管用手按住塑料部分只能堅持3秒左右,環境溫度應該是30℃以上,沒有溫度表,測不出準確的溫升,除整流管以外估計是在30℃左右,兩個整流管40℃.本人財力有限,沒有功率計,暫測不出輸入功率,也無法給出效率.
電路的優點:
1．效率高,正反激共用一個磁芯,省掉部分鐵損,次級線圈整個周期內都有電流流過,銅損要比一般的單端電源要好一些.假設同樣輸入輸出的RCC反激電源和正反激電源,反激的初級電流為一鋸齒波,正反激的初級電流為一個鋸齒波和半個正弦波(假設工作在最佳狀態),總的有效值一樣,所以反激的電流高頻分量應該大一些,由于高頻電流的集膚效應,正反激初級的銅損會略低一點.開關管的開通損耗,對于工作在準諧振狀態的RCC電源來說都比較小,正反激電流的鋸齒波和正弦波的疊加,使開關管關斷時的電流能降低不少,有效降低了開關損耗.
2．成本低,高的效率,散熱方面可以節省比較可觀的成本,初級的控制部分要比384x及外圍電路便宜.
3．短路功耗非常低,見后面的分析.
缺點:
1．占空比范圍有限.反激電壓和正反激電壓和的比例就是占空比D,正激電壓比例比較小,電流峰值降低的比較小,效果不太明顯,正激電壓比例過大時,電流波形會出現零斜率或負斜率,使電流峰值控制模式失效.次級正反激電壓為串聯輸出,電流相同,因此電壓的比為功率的比,也是初級兩個電流的比.所以,初級電流為(1-D)x+DSin(x),其斜率為1-D+DCos(x)在x=π/2時取得最小值1-2D,也就是說,使用電流控制模式的話,最大占空比不能超過0.5.
2．啟動問題.由于初始時C4上的電壓為0,會使正激電流非常高,若是電流模式,脈寬會非常小,反激能量也就非常小,電源帶載啟動比較困難,本電源實測帶電阻負載時無法啟動.開關管會以非常低的頻率動作,這個頻率由R2,C7和輸入電壓決定.本電源R2為1M,C7為0.1u,開關管以幾百Hz的頻率動作,動作的脈寬也非常窄,功耗非常低.對蓄電池充電時,這個缺點就不是缺點了.
3．不太適合低電壓輸出應用.由于輸出電流相當于流過了2個整流管,在本例中整流管最大反壓為60V,實際選用了100V的肖特基,但整流管的損耗仍然比原3842電源的要小.原3842用了一只TO-220封裝的400V快恢復管,加了比較大的散熱器.
4．電容C4的問題.理想的狀態應該是變壓器的漏感和C4的諧振周期的一半剛好是開關管的最大開通脈寬.但是變壓器的漏感的大小想精確控制比較困難,若諧振周期太短,將產生比較高的正激電流峰值,峰值過高的話,會產生電流負斜率,使電路無法正常工作或損壞.實際設計時,C4應該取的比理想值要大,這樣做,降低峰值電流的效果有所下降,但能保證變壓器漏感在一定范圍內變化時,電路仍然能正常工作.另外,C4上的交流電流比較大,實際可能會選取耐壓比工作電壓高不少的電容來減少電容的發熱量.
需要改進的地方:
1．電壓模式.如果用電壓模式來控制這個拓撲的話,可以解決帶載開機無法啟動的問題,但是,開機正激電流的沖擊相當厲害,軟啟動可以防護開機時的沖擊,但防護帶載時市電瞬間斷電時的沖擊仍然比較困難,這束縛了這個拓撲的應用范圍.
2．低電壓應用.正激和反激并聯輸出,可以解決低電壓應用時整流管損耗過大的問題,但這時正激電感只用漏感,電路恐怕會無法工作.必須要加一只電感,加電感后,電源的工作模式已經有比較大的變化了,而且和正激電源相比就沒有什么優勢了.但是在一些成本不太敏感,便是效率要求比較高的情況下,可以考慮同步整流面使正反激拓撲應用在低輸出電壓的電源上.
