模拟技术
直播中

Hx_hxhx

4年用户 376经验值
擅长:可编程逻辑
私信 关注
[经验]

占空比越大越好吗?不,这是个误区

占空比是我们在电子电路设计当中经常会遇到的一一个数值。所谓占空比,就是指正电平在一个周期内所占的时间比率, 如果方波的占空比为50%,那么占空比就为0.5,正电平所占的周期为0 5个周期。很多新人在学习期间会认为占空比做的越大越好,因为占空比越大,就意味着效率越大、波纹越小。但实际上占空比在0 30.45之间是最佳的。那么占空比为什么不是越大越好呢?
      这里我们先来看一个例子: 220V+. 20%输入电源,整流后为240V~360V。单端反激式电源中产生的反向电动势e=170V,则脉冲信号的最大占空比为170/(170+240)=41.5%
      正常情况下,我们所说的反激最大占空比值在47%左右,不会大于50%。我们先来看下面这个公式:
Dmax=Vorl(Vor+VDCmin-Vds(ON)
      在式中,Vor为反射电压,80~135V, 常规下取默认值10VVDCmin指的是母线上最低直流电压,这个只与输入交流值有关。Vds(ON)指的是开关管导通时开关管DS两端压降,通常在10V以下,并与MOSFETRds以及负载有关。当负载变大的时候,这个压降也会变大,而轻载的时候就会小-些。所以占空比是无法达到100%的。
      当然决定占空比大小的数值也绝非这一点, 在早期的反激电源中,都是使用低耐压的开关管,600V650V作为交流220V输入电源的开关管,也许与当时生产工艺有关,高耐压管子,不易制造,或者低耐压管子有更合理的导通损耗及开关特性,像这种线路反射电压不能太高,否则为了使开关管能够工作在安全范围内,吸收电路损耗的功率也是相当可观的。
      至于反射电压的选择,经过实践证明,600V管子反射电压不要大于100V;650V管子反射电压不要大于120V。漏感尖峰电压值钳位在50V时,管子还有50V的工作余星。现在由于MOS管制造工艺水平的提高,一 般反激电源都采用700V750V,甚至800-900V的开关管。像这种电路,抗过压的能力强一些的话, 开关变压器反射电压也可以做得比较高些,最大反射电压在150V比较合适,能够获得较好的综合性能。
关于反激电源的反射电压,这个数值还与输出电压有关。如果输出电压低,那么压器的匝数则会变大。变压器漏感越大,开关管承受电压越高,有可能击穿开关管。吸收电路消耗功率越大,有可能使吸收回路功率器件永久失效(特别是采用瞬变电压抑制二极管的电路)。在设计低压输出小功率反激电源的优化过程中必须小心处理,处理方法有几个:
      第一、我们可以使用大功率的磁芯来降低漏感。这样做能够提高低压反激电源的转换效率,降低损耗,减小输出纹波,提高多路输出电源的交差调整率,- 般常见于家电用开关电源,如光碟机、DVB机顶盒等。
      第二、当条件受限而无法加大磁芯时,我们只能来降低反射电压,并减少占空比。降低反射电压可减小漏感,但有可能使电源转换效率降低,两者是矛盾的,必须要有一个替代过程才能找到一 个合适的点,在变压器替代实验过程中,可以检测变压器原边的反峰电压,尽星降低反峰电压脉冲的宽度、幅度,可增加变换器的工作安全裕度。一般来说反射电压在110V时比较合适。
      第三、使用最新的技术和绕线工艺,以此来降低损耗和增强耦合。变压器为满足安全规范会在原边和副边间采取绝缘措施,如垫绝缘胶带、加绝缘端空胶带。这些将影响变压器漏感性能,现实生产中可采用初级绕组包绕次级的绕法。或者次级用三重绝缘线绕制,取消初次级间的绝缘物,可以增强耦合,甚至可采用宽铜皮绕制。
:
      需要注意的是,反激电源的占空比数值是要小于0.5的。因为一旦出现占空比大于0 5的情况,就会造成电路不容易被补偿,但是也有一些例外。 如美国PI公司推出的TOP系列芯片是可以工作在占空比大于0 5的条件下。占空比由变压器原副边匝数比确定。我们在做反激时,先确定反射电压(输出电压通过变压器耦合反映到原边的电压值),在一定电压范围内反射电压提高则工作占空比增大,开关管损耗降低反射电压降低则工作占空比减小,开关管损耗增大。当然这也是有前提条件的,当占空比增大,则意味着输出二极管导通时间缩短,为保持输出稳定,更多的时候将由输出电容放电电流来保证,输出电容将承受更大的高频纹波电流冲刷,而使其发热加剧,这在许多条件下是不允许的。
      当占空比变大时,变压器的匝数也会随之发生改变,变压器的漏感会逐渐变大,导致整体性能的变化。当漏感能量大到-定程度,可充分抵消掉开关管大占空带来的低损耗时,就没有再增大占空比的意义了,甚至可能会因为漏感反峰值电压过高而击穿开关管。由于漏感大,可能使输出纹波,及其他一些电磁指标变差。 当占空比小时,开关管通过电流有效值高,变压器初级电流有效值大,降低变换器效率,但可改善输出电容的工作条件,降低发热。
      本篇文章以一个实例为开端,向大家证明占空比是无法达到100%的,并且分析了为何占空比并不是越大越好。希望各位新手通过此篇文章能够解开心中的疑惑。

回帖(1)

王栋春

2019-8-19 21:18:39
开关管的损耗和转换效率也非常重要
举报

更多回帖

发帖
×
20
完善资料,
赚取积分