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有源钳位反激工作过程简析(1)

冬至子 来源:应用电子笔记 作者:一瓶不响半瓶晃荡 2023-10-29 16:52 次阅读

反激变换器因其控制方式简单,成本低而广泛应用在小功率场合,在手机电脑电子消费品的适配器中大部分都有采用反激拓扑。

因为IEC61000-3-2中对75W以上(75W以下除C类设备外其他不做要求)的电流谐波值有要求,所以我们看到市面上很多充电头都是65W、55W或更低,超过65W的基本都是100W以上的产品,通过充电头网的拆解也可以发现,65W以下的充电头使用的都是反激变换器,100W以上的产品一般都会有PFC功能,即采用PFC+flyback或PFC+LLC的结构。

这里的反激又根据不同控制方式分为普通反激、准谐振反激和有源钳位反激(Active Clamp Flyback, ACF)。

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相比较而言,准谐振反激能减小开关损耗,提高效率,自然也能把开关频率和功率密度做高,但也存在一些挑战,如谷底检测、跳频现象及其产生的噪音,同时漏感中的能量也是消耗掉了;

ACF相比于准谐振则更进"两"步,能实现开关管的ZVS开通,漏感的能量可以回收利用,但这也是有代价的,如需要漏感电流(DCM ACF下等于励磁电流)小于零,而高压Si器件的寄生电容Coss较大,需要的抽流电流较大,并且ACF的成本相比于普通反激或准谐振反激要高(多出一个开关管以及所需的驱动),有可能得不偿失,下图就表示了对于Si器件的ACF,实现部分ZVS要比完全实现ZVS的效率要更高。

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但是随着GaN器件的发展,基于GaN器件的ACF相较于Si器件表现出更大的优势,所以ACF又得到了广泛的应用,这里用到GaN器件主要的优势是相同Rdson下寄生电容Coss相比于Si器件小很多,所以需要很小的抽流电流就能实现ZVS开通。下图可以看到GaN器件的ACF效率相比于Si器件能提高2%。

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ACF的控制方式要比普通反激更加复杂,也有很多需要注意的地方,根据励磁电流是否过零,ACF可以分为CCM和CRM,因为CCM实现ZVS靠的是漏感的电流,因为漏感较小,所以更大的反向电流才能实现ZVS,或者外加电感增加抽流电感值,且在轻载或高母线电压下不容易实现ZVS,另外副边SR无法实现ZCS,而CRM实现ZVS是靠漏感和励磁电感共同抽流,所以实现ZVS更容易,但属于变频控制。

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