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有源鉗位反激工作過程簡析(1)

冬至子 ? 來源:應用電子筆記 ? 作者:一瓶不響半瓶晃蕩 ? 2023-10-29 16:52 ? 次閱讀

反激變換器因其控制方式簡單,成本低而廣泛應用在小功率場合,在手機電腦電子消費品的適配器中大部分都有采用反激拓撲。

因為IEC61000-3-2中對75W以上(75W以下除C類設備外其他不做要求)的電流諧波值有要求,所以我們看到市面上很多充電頭都是65W、55W或更低,超過65W的基本都是100W以上的產品,通過充電頭網的拆解也可以發現,65W以下的充電頭使用的都是反激變換器,100W以上的產品一般都會有PFC功能,即采用PFC+flyback或PFC+LLC的結構。

這里的反激又根據不同控制方式分為普通反激、準諧振反激和有源鉗位反激(Active Clamp Flyback, ACF)。

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相比較而言,準諧振反激能減小開關損耗,提高效率,自然也能把開關頻率和功率密度做高,但也存在一些挑戰,如谷底檢測、跳頻現象及其產生的噪音,同時漏感中的能量也是消耗掉了;

ACF相比于準諧振則更進"兩"步,能實現開關管的ZVS開通,漏感的能量可以回收利用,但這也是有代價的,如需要漏感電流(DCM ACF下等于勵磁電流)小于零,而高壓Si器件的寄生電容Coss較大,需要的抽流電流較大,并且ACF的成本相比于普通反激或準諧振反激要高(多出一個開關管以及所需的驅動),有可能得不償失,下圖就表示了對于Si器件的ACF,實現部分ZVS要比完全實現ZVS的效率要更高。

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但是隨著GaN器件的發展,基于GaN器件的ACF相較于Si器件表現出更大的優勢,所以ACF又得到了廣泛的應用,這里用到GaN器件主要的優勢是相同Rdson下寄生電容Coss相比于Si器件小很多,所以需要很小的抽流電流就能實現ZVS開通。下圖可以看到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復雜,也有很多需要注意的地方,根據勵磁電流是否過零,ACF可以分為CCM和CRM,因為CCM實現ZVS靠的是漏感的電流,因為漏感較小,所以更大的反向電流才能實現ZVS,或者外加電感增加抽流電感值,且在輕載或高母線電壓下不容易實現ZVS,另外副邊SR無法實現ZCS,而CRM實現ZVS是靠漏感和勵磁電感共同抽流,所以實現ZVS更容易,但屬于變頻控制。

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