小功率反激变换器目前主要是 ACF 应用的多,但是最近又有一种新颖的拓扑不对称半桥谐振反激开始展现出优势。

 

这种不对称半桥谐振反激变换器的实现与多年前的不对称半桥正激变换器的实现思路相似,在高端开关开通后存储或传递功率,再利用电路中参数谐振实现低端开关 ZVS,然后在开启低端开关。怎么听起来也和 ACF 也一样,道理就这么多,我们看图说话就好:

 

 

上图是不对称谐振反激的功率框架,其中原边两个开关互补导通,频率固定,通过调整占空比来实现对输出电压的调节。当高端开关开通时,在 VHB 中点产生 0~VIN 的方波,加到谐振电感 LR 和 CR 上,电流流入谐振电容,谐振电容的电压升高。当高端开关关闭后,谐振电流带走半桥中点的电荷为下管实现 ZVS,其原理和 LLC 一致。然后由谐振电容放电,变压器将功率传递到副边实现传递。在实际应用中,小功率的谐振电感一般会用变压器漏感代替。

 

如同半桥 LLC 一样,加到谐振腔的电压为 VIN/2,所以在占空比为 0.5 时,输出 VIN*N/2 的电压到副边,同理缩窄占空比也能实现输出电压降低的调整。当占空比大于 0.5 时,高端导通时长度更长,谐振电感存储的能量更大,所以可以让谐振的增益高于 1,这一块调节曲线也是单调的。

   

占空比 0.4,满负载稳态:

可见副边二极管电流是半个正弦波,并且实现了 ZCS,这样的电流波形对反激变换器来说,副边二极管的应力问题就解决了,EMC 问题也就很安逸了。

 

 

占空比 0.5,满负载稳态:

 

 

占空比 0.75,满负载稳态::

 

  

拓扑控制模型 AC 分析:

 在我关注的稳态工作点(占空比 0.4 处)我进行了从占空比控制到输出电压的频率响应测试(50~50KHz),从扫描得到的曲线来看:在低频处(1KHz)存在双极点和 -180deg 相移,这与直接频率控制的 LLC 变换器类似。这样大幅度的限制了系统的闭环带宽,变换器的反馈补偿方法与 LLC 类似,大家可以看曲线感受一下。另外一点就是可能对 AC 文波的抑制效果较差,因为穿越频率较低的关系,音频抗扰的性能也会下降。

 

 

小结:

本文测试了不对称半桥谐振反激变换器的功率级的时域和频域性能,而且在实际应用中,谐振电感用漏感代替,谐振电容的体积也很小,在 ZVS+高频器件共同作用下系统的功率密度就相当有优势。如果大家对其控制实现感兴趣,可以回复关键字下载模型来继续研究。谢谢。

 

备注:我对小功率反激研究的不多,如果有错误请大家指正,谢谢。