齐纳管吸收漏感能量的反激变换器:设计前需要确定的参数a 开关管q的耐压值:vmqb 输入电压范围:vinmin ~ vinmaxc 输出电压vod 电源额定输出功率:po(或负载电流io)e 电源效率:xf 电流/磁通密度纹波率:r(取0.5,见注释c)g 工作频率:fh 最大输出电压纹波:vopp1. 齐纳管dz的稳压值vzvz np = (von × dt) / (db × ae) = (von × d/f) / (db × ae) = (von × d) / (db × ae × f) = (von × d) / ((2r/(r + 2)) × bpk × ae × f) = (1 + 2/r) × (von × d)/(2 × bpk × ae × f)fnp计算完后应验证此值是否适合磁芯的窗口面积,及骨架、隔离带、安全胶带、二次绕组和套管等,通常在反激变压器中这些都不会有问题;如果需要减少np,可以考虑增大r,减小d,或增大磁芯面积,但磁导率和气隙不会解决问题。g电感与磁导率的相关方程:l = (1/z) × (u × u0 × ae / le) × n^2,其中气隙系数 z = (le + u × lg) / le 。对于铁氧体材料的气隙变压器,z 取值10 ~ 20是较好的折中选择。h反激(buck-boost)中二极管平均电流等于负载电流io,损耗是pd = io × vd,而二极管正向压降vd随其额定电流上升而下降,故折中考虑,选取其额定电流为2 × io 。ibuck-boost 中二极管最大承压是 vinmax + vo,在反激中vinmax折算到二次侧为 vinmax / n,同时给额定值留出20%的裕量,所以最终选择二极管的额定耐压定位 vdm = vdm = (1 + 20%) × (vo + vinmax / n) 。j对所有拓扑,开关管有效值电流在dmax处最大,且 iqrms = il_dmax × (dmax × (1 + r_dmax^2/12))^0.5,开关管的损耗 pq = iqrms^2 × rds,其中rds是开关管的正向压降,此压降随开关管的额定电流增大而减小,所以折中选择开关管的额定电流为 2 × iqrms 。kbuck-boost 中开关管最大承压是 vinmax + vo,在反激变换器中vo折算到一次侧为 vor,同时给额定值预留20%的裕量,所以最终选择开关管的耐压为 vqm = (1 + 20%) × (vor + vinmax)lbuck-boost 中输入电容最恶劣电流有效值发生在dmax,其值为 irms_cin = il_dmax × (dmax × (1 - dmax + r_dmax^2/12))^0.5 ,一般选择电容时其额定纹波电流应等于或大于此值。m根据如下:co 实际上需要维持t_on时的电荷流失,此电荷量为 dq = io × t_on,而此时电容电压的变化是 duco = dq / co = vopp,由此得 co = lo × t_on / vopp 。nbuck-boost 中输出电容最恶劣有效值发生在dmax, 其值为 irms_co = io × ((dmax + r_dmax^2/12) / (1 - dmax))^0.5 ,一般选择电容是器额定纹波电流应等于或大于此值。o考虑漏感电流不超过一次绕组电流的20%,仅为估计,无计算根据。prcd电路的分析和计算如下:(1)工作过程:开关管截止后,漏感电流通过d对c迅速充电,然后c通过r放电,消耗漏感能量于r上。(2)充电过程时间很短,相对整个周期可以忽略。(3)c不能太大,否则吸收能量过多,影响变压器能量传递,同时r成为变换器的死负载。(4)r不能太小,否则放电太快,c电压降到反射电压(vor)时r开始消耗二次传过来的能量,所以r要使c的放电电压在开关导通时不小于反射电压。根据以上分析,计算推导如下:vcmax > vor,把vc线性化,可得 vcmax / vor = t / t_on,t为开关周期,t_on为开关导通时间,由此得vcmax = vor / d(式1)当开关导通时c上电压刚好等于反射电压有:vcmax × e^(-(1 - d) × t / (r × c)) = vor,由 t = 1 / f 整理得r × c = (d - 1)/ (f × ln(d)) (式2)vc的最小值 vcmin = vcmax × e^(-t / (r × c)) (式3)此时漏感能量全部被rc电路吸收,有如下方程:0.5 × llk × ipk^2 = 0.5 × c × (vcmax^2 - vcmin^2) (式4)整理式3和式4可以得到c = ipk^2 × llk / (vcmax^2 × (1 - e^(2 × ln(d) / (1 - d)))由上式和式2可以得r = (d - 1) / (c × f × ln(d))电阻r消耗的功率是 pr = 0.5 × llk × ipk^2 × fqlcd无损吸收网络的分析和计算:
(1)开关管截止时,一方面变压器漏感和一次绕组通过d1对cr充电,把漏感能量储存于cr;另一方面,lr的电流储能通过d1、d2反馈给电源输入电容c_in 。(2)开关管导通时,cr通过d2、lr进行放电,把能量传递给lr,能量由电容电压转换为电感的电流能量。(3)稳态下,设cr开始充电(q截止)时电压是vcr0,充电结束时电压是vcr1,则为了不吸收便压器正常工作的能量传递有 vcr0 >= vor;考虑能量的传递过程则有 0.5 × llk × ipk^2 = 0.5 × cr × (vcr1^2 - vcr0^2),令 k = vcr1 / vcr0,同时设vcr0 = vor,整理得 cr = llk × ipk^2 / (vor × (k^2 - 1)) 。(4)稳态下,cr的放电过程(q导通)也就是cr、lr的谐振过程,所以cr的电压方程是 uc = vcr1 × cos(wt),lr的电流方程是 il = (cr / lr)^0.5 × vcr1 × sin(wt),其中角频率 w = 1 / (lr × cr)^0.5 。此处我们需要在导通时间结束时cr上的电压降至vcr0,由此得 vcr1 × cos(w × (d / f)) = vcr0,且 w × (d / f) < pi / 2,pi是圆周率。整理方程得 lr = d^2 / (cr × f^2 × (arccos(vcr0 / vcr1))^2) 。(5)q截止状态下cr充电的时间和q导通状态下lr的续流放电时间很短,因此在分析过程中忽略。
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