浅析反激式隔离开关电源
前言
生活中见到的绝大多数用电器正常运行过程的工作电压需求都是DC直流电压,而且是低压,主要原因是许多电子元器件和设备的设计都是基于直流电。例如,二极管、三极管、晶体管、集成电路等电子元器件都是在直流环境下表现最佳;并不是所有用电器都需要降压使用,但大功率用电器通常需要降压启动。降压启动主和使用要考虑到大功率的用电器,以减少启动时的电流冲击和压降的原因,以达到保护用电器及其驱动系统的稳定性和能量传递效率。
由此,电源模块便是电力电子系统工程中最常用的元件组合体之一,也是最重要的能量传递载体。
SCH构成
图一所示是电源模块拓扑结构原理图,属于完整的典型的隔离变压器反激式开关电源。按照电流流向,主要构成依次有交流输入IN(AC)—二极管整流桥堆—380V滤波电容—电源芯片启动电路—整流滤波电流检测电路—RDC尖峰吸收保护电路—电源芯片二次供电回路(限流电阻,整流二极管,滤波电容)—场效应开关管极其驱动与保护电路—场效应开关管电流检测回路—反激式隔离变压器—输出整流肖特基二极管—整流输出检测回路—∏型滤波电路—TL431精密稳压器—光耦隔离反馈电路及OUT(DC),主要组合模块在图中做标记圈出。
电路解析
为了满足输出需求,这些主回路和分回路按照运行逻辑处理信号,使电路有条不紊的工作。输出端连接不同的负载,需求的工作条件也不一样。从节能角度出发,现代电子电路中对于工作频率的追求将会一直在不断增加,因为增加频率可以提高电能的转换效率。开关电源作为电能传递的关键组合模块,提升其能量转换效率自然而然变得具有意义非凡。实际上,市场上对开关电源之性能也做了一些要求,其中80PLUS是对高性能开关电源提出的必须达标条件。
图一是反激式隔离变压器开关电路,T1和Q1一起构成一个自激(或他激)式的间歇振荡器,从而把经过整流滤波输入的直流电压调制成一个高频脉冲电压,起到能量传递和转换作用。在该电路中, 当Q1导通时, T1把电能转换成磁场能储存起来,当Q1截止时则释放出来。这是这种反激式电路运行的机理。由此看出,开关管的输出性能决定着变压器输出的能量大小。 通常有三种方案可以实现,方案一是脉宽调制(PWM)调速法又称为三角波调制法,它是通过改变脉宽调制技术即调制驱动电压的占空比,来控制输入电压的有效值,通常用正弦波(调制波)调制三角波(载波)的方法来实现脉宽调制的目的;方案二是变频调制法,通过改变控制电源的频率实现调速,适用于频率可调的控制系统;方案三是综合方案一和方案二,即设置合适的频率然后调整不同的占空比,就可以实现输出不同的电压值。
元件选型
显然此处的Q1是作为开关性能被应用,必须满足频繁开启。因为开关管的结构特点,在周期内开启和关闭都存在较大的能量损耗,而且处于开关应用的特性时,开关损耗是最主要能耗形式,由能量守恒原则,较快较短的开关时间,意味着才能实现更高效率能量转换。另一方面,作为驱动波形希望有足够高的占空比,以实现更高占比的开启时间,即增加开关管周期内的导通时间,这个过程意味着存在较大的电流热效应。高效率的电路其实就是对热量的控制,根据能量守恒原则,电路中的热能全部来自输入的电能。 综合以上,在此类用途的电路中开关管元器件的选择必须结合不同的情况具体分析。
CMF65R140电性特征
伏安特征值
CMF65R140是Cmos推出新一代650V功率超结MOSFET,可用于数据中心服务器电源、太阳能(PV)功率调节器、不间断电源系统(UPS)和其他工业应用。
CMF65R140是一款支持续漏极电流(ID)24A,脉冲电流(IDM)高达96A的650V器件。该款元器件提供2660pf的结电容CDS,可有效缓和降低电源应用中功率回路的振荡现象。得益于对开关电源模块的深刻理解,该元件能够更为好的成为现代高速电源应用的理想之选。
封装形式
该款新器件采用四种封装形式,实现了各种项目设计的兼容性。
为满足市场需求,Cmos将继续扩大其产品阵容并帮助提高电源和电源系统的效率。
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