零电流开关ZCS双开关DCDC正激变换器设计与实现

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"AP2402三功能降压恒流驱动器是SHIWEISEMICONDUCTOR公司推出的一款高效能、低功耗的集成电路,适用于5V至100V输入电压范围,能够提供10mA至1500mA的可设定电流,并具有150kHz的固定工作频率。这款芯片设计有内置抖频电路,以降低电磁干扰(EMI),并采用平均电流模式采样,以确保在宽输入电压条件下的恒流精度。AP2402支持0-100%占空比控制,没有电流节点跳变,同时具备输出短路保护和过温保护功能。其独特的三功能模式包括全亮、半亮、爆闪以及三功能循环,可以通过MODE1、MODE2和MODE3引脚进行切换。封装形式为ESOP8,其中MODE1和MODE2引脚分别用于控制不同的亮度模式,VDD为芯片供电,SW为功率管漏端,CS用于输出电流采样,而MODE3接地以实现三功能切换。此外,芯片在过温时会自动调节输出电流,以防止在140℃附近损坏。该驱动器广泛应用于电动车、摩托车灯照明、汽车灯照明以及手电筒等领域。" 在给定的PDF文件中,主要讨论了零电流开关(ZCS)双开关可变电感DCDC正激变换器的设计与实现。这种变换器利用准谐振技术实现零电流开关,从而降低开关损耗,减少输出二极管的电流峰值,进而提高转换效率。有源开关的电压被箝位在输入直流源电压,降低了电压应力,与传统的DC-DC正激变换器相比,这一点尤为突出。通过实际的原型电路验证了这种设计的性能,证明了其在电源转换中的优势。 这些技术与产品在电源管理领域具有重要意义,特别是在需要高效、稳定和低损耗的电源转换应用中,如LED照明等。AP2402驱动器的多功能性、高效率和保护特性使其成为各种照明解决方案的理想选择,而ZCS双开关可变电感DCDC正激变换器的设计则为电源转换提供了新的优化途径。
2019-07-23 上传
ZVS即所谓零电压开关(ZVS)/零电流开关(ZCS)技术,或称软开关技术,小功率软开关电源效率可提高到80%~85%。接下来将详解介绍zvs原理及如何自制zvs的升压电路图以及它的操作步骤。 ZVS经典原理: 1. 上电瞬间,电源电压流经R1,R2,经过ZD1,ZD2稳压二极管钳位在12V后分别送入MOS1,MOS2的GS极,因此两个MOS管同时开通。 2. 因为元件参数的离散性(例如:MOS管GS钳位电压的离散性、MOS管本身跨导参数的离散性、变压器初级绕组不严格对称、走线长度差异等),导致两管DS电流在上电瞬间就不相同。假设下方的MOS管MOS2流过的电流稍大。即IL3》IL2。因为L2,L3是在同一磁芯上绕制,本身存在磁耦合,所以,对磁芯的励磁电流为IL2,IL3之和。之前提到IL3》IL2,而且从抽头看去,IL2,IL3的电流方向相反,所以对磁芯的励磁电流为Ip1=IL3-IL2。这样就可以等效为仅有L3线圈产生励磁作用(有一部分抵消掉L2的励磁)。明白这点以后,继续往下分析。 3. 见图1,在上电瞬间,L2,L3中的等效励磁电流Ip1用红色线条表示,因为具有相同的磁路,Ip1将在L2上产生一个互感电流,图中用蓝色线条表示,L2 L3与C1构成并联谐振,这个互感电流的方向同IL2相反,如此正反馈造成的结果是IL2越来越小,最终可单纯看做只有L3参与励磁。 4. 与此同时,B点电压升高,D1截止,C点电压保持12V,MOS2继续保持开通。因为MOS2开通时VDS很小,A点近似接地,D2导通,将D点电位强行拉低至0.7V左右,MOS1失去VGS而截止。 5. 随着时间推移,L3对磁芯的励磁最终达到磁饱和,大家注意,此时蓝色线条的电流因磁芯饱和失去互感刚好减到0,MOS1的DS上电压为零。而L3失去电感量而近似于一个仅几mΩ的纯电阻,瞬间大电流全部叠加在MOS2的导通电阻Ron上,使A点电位瞬间升高,D2截止,D点电位恢复至12V,MOS1获得VGS而导通(在VDS=0的情况下导通,故称ZVS)。继而B点近似接地,C点电压降到0.7V,MOS2截止,MOS1保持导通。当L2励磁达到饱和时电路状态再次发生翻转,重复第4过程。 6. 整个过程中,翻转的时间由谐振电容C1的容量和L2 L3共同决定,因为有C1构成谐振,初级电压波形呈完美正弦波,谐波分量大大减小,漏感的影响不复存在,因此变比等于匝比。L1为扼流电感,利用电感电流的不可突变特性,保证磁饱和瞬间MOS管的DS极不会流过巨大浪涌而损坏。这也是为什么不接此电感或者感量太小时,电路空载电流会增大,而且MOS管发热严重的原因。 因为利用了磁饱和原理,所以在磁芯工作在滞回线1,3象限的饱和临界点之间,磁芯的储能作用得以最大发挥,传递功率相当大。