正激式開(kāi)關(guān)電源是指當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正在被直流電壓激勵(lì)時(shí),變壓器的次級(jí)線圈正好有功率輸出。正激式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性和輸出電壓負(fù)載特性相對(duì)工作穩(wěn)定性較高,輸出電壓不容易產(chǎn)生抖動(dòng),在一些對(duì)輸出電壓參數(shù)要求比較高的場(chǎng)景經(jīng)常使用。正激式開(kāi)關(guān)電源是指使用正激高頻變壓器隔離耦合能量的開(kāi)關(guān)電源,正激式開(kāi)關(guān)電源中結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,輸出功率高,適用于低壓,大電流 (100W-300W)的開(kāi)關(guān)電源。
正激又分為單管正激與雙管正激。
01 單 管 正 激
單管正激工作原理:?jiǎn)味苏な介_(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖一所示。
(圖一)
這種電路在形式上與單端反激式電路相似,但工作情形不同。
當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí),D2也導(dǎo)通,這時(shí)電網(wǎng)向負(fù)載傳送能量,濾波電感L儲(chǔ)存能量;當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q1截止時(shí),電感L通過(guò)續(xù)流二極管D1 繼續(xù)向負(fù)載釋放能量。在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管D3,它可以將開(kāi)關(guān)管Q1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯復(fù)位條件,即磁通建立和復(fù)位時(shí)間應(yīng)相等,所以電路中脈沖的占空比不能大于50%。由于這種電路在開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí),通過(guò)變壓器向負(fù)載傳送能量,所以輸出功率范圍大,可輸出50-200 W的功率。電路使用的變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,體積也較大,正因?yàn)檫@個(gè)原因,這種電路的實(shí)際應(yīng)用較少。
02 雙 管 正 激
雙管正激式變換器適用于高壓輸入,低壓輸出。
與單管正激拓?fù)涞拇蟛糠衷硎窍嗤?,但雙管正激式的突出優(yōu)點(diǎn)有三:
(1)變壓器儲(chǔ)能有釋放回路,不需要另設(shè)復(fù)位電路或復(fù)位繞組。主要原因是在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí),變壓器勵(lì)磁,而開(kāi)關(guān)管閉合時(shí)由橋臂上的兩個(gè)二極管續(xù)流,磁芯去磁,同時(shí)磁芯能量返回直流電源;
(2)變壓器初級(jí)電路半導(dǎo)體器件承受的電壓等于轉(zhuǎn)換器的輸入電壓Ui,而單管正激需要高得多的耐壓器件;
(3)雙管正激相對(duì)于其他多管的變換器拓?fù)涠?,兩只開(kāi)關(guān)管無(wú)直通短路的危險(xiǎn)。因兩只開(kāi)關(guān)管在橋的對(duì)角線上,正常工作時(shí)就是兩管同時(shí)開(kāi)通,同時(shí)關(guān)斷,此時(shí)變壓器初級(jí)繞組承受電壓,所以沒(méi)有直通危險(xiǎn)。而全橋和半橋拓?fù)鋭t有直通的危險(xiǎn)。
(圖二)
03 反 激 式 正 激 式 對(duì) 比
電源是否采用了雙管正激拓?fù)洌饕强粗鏖_(kāi)關(guān)管和變壓器,一般來(lái)說(shuō)主開(kāi)關(guān)管是兩個(gè)MosFET,變壓器為一大(主變壓器)一小(待機(jī)變壓器)的組合,多半就是雙管正激拓?fù)?。有些人?huì)把主變壓器旁邊是否帶有一個(gè)磁放大線圈也作為識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn),但實(shí)際上這個(gè)磁放大線圈是用來(lái)判斷電源是否采用磁放大結(jié)構(gòu)的,跟雙管正激拓?fù)錄](méi)有什么關(guān)系。
與單管正激拓?fù)湎啾?,雙管正激拓?fù)溆兄叩霓D(zhuǎn)換效率,而且在單管正激拓?fù)渲?,MosFET會(huì)在復(fù)位的過(guò)程中會(huì)承擔(dān)兩倍的輸入電壓,對(duì)于MosFET來(lái)說(shuō)顯然不是一件好事。而雙管正激拓?fù)涞膬蓚€(gè)MosFET是同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)閉的,導(dǎo)通時(shí)承受的電壓為輸入電壓,關(guān)閉時(shí),主變壓器的勵(lì)磁線圈電壓極性翻轉(zhuǎn),但電壓仍然與輸入電壓相同,因此主開(kāi)關(guān)管承擔(dān)的電壓仍然不會(huì)高于輸入電壓,這樣MosFET的壓力就小很多了。
04 正 激 電 路 分 析
正激電路是由buck拓?fù)溲葑兌鴣?lái),先分析一下buck拓?fù)淙绾窝葑兂龇醇orward拓?fù)涞摹?/p>
1)單管正激工作狀態(tài):
MOS管導(dǎo)通,電流流過(guò)變壓器原邊繞組和MOS管。同時(shí)副邊感應(yīng)出電壓流過(guò)二極管、電感到達(dá)電容和負(fù)載。
MOS管關(guān)斷,磁復(fù)位繞組感應(yīng)出電壓,從異名端流出回到輸入電源,完成磁復(fù)位。關(guān)斷瞬間,MOS管將承受輸入電壓+初級(jí)繞組感應(yīng)電壓,約等于2倍輸入電壓。
2)雙管正激工作狀態(tài):
2個(gè)MOS同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)導(dǎo)通
2個(gè)MOS同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)關(guān)斷
電感電流方向保持不變,電流從異名端流出 通過(guò)兩個(gè)二極管形成回路,同時(shí)完成磁復(fù)位。