有源箝位DC/DC变换器的高效性能分析
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更新于2024-09-03
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"本文主要探讨了单端有源箝位DC/DC变换器的设计与工作原理,这种变换器在单端正激式和反激式变换器的基础上,通过采用有源箝位/恢复技术提高了效率,减少了对外部干扰和器件应力的影响。文章详细介绍了两种有源箝位电路拓扑,并分析了其工作状态,推导了磁化电流与负载电流之间的关系,最后总结了这种变换器的主要优点。"
单端有源箝位DC/DC变换器是一种高效、低干扰的电源转换方案,特别适用于处理高至低电压的转换。相比于传统的buck、boost或buck-boost变换器,这种变换器在转换大电压差时能保持较高的效率。有源箝位技术通过在电路中加入额外的开关元件,如图3所示的S1、S2和S3,以及特殊的控制策略,有效地抑制了开关管和二极管上的应力,降低了损耗。
在电路结构上,该变换器包含三只开关管,一个变压器,以及初级和次级侧的滤波电容。变压器的使用提供了电压隔离,而电容被假设为恒定电压,以简化分析。控制电路通过特定的波形驱动S1和S3同步工作,而S2则与它们反相工作,确保了电流的稳定流动。实际应用中,开关管的开通和关断速度非常快,通常在数十纳秒范围内。
电路的工作状态主要有两种:S2导通状态(图5)和S1、S3同时导通状态(图6)。在S2导通时,变压器初级绕组的电流增加,为电容CP充电;而在S1、S3同时导通时,电感iLPM的电流被箝位在一个特定范围内,有效控制了磁化电流的峰值。这种工作模式减少了磁芯饱和的可能性,从而提高了转换效率。
通过对电路的深入分析,我们可以推导出磁化电流iM和负载电流iL之间的数学关系,这对于理解和优化变换器的性能至关重要。有源箝位的DC/DC变换器的优点包括但不限于:更高的转换效率、更小的电磁干扰、减小的开关应力,以及更好的整体系统稳定性。
单端有源箝位DC/DC变换器是现代电源设计中的一种重要技术,尤其适合于需要高效、低干扰电源转换的场合,如数据中心、通信设备和高级电子设备。通过优化电路拓扑和控制策略,这种变换器可以实现更出色的性能表现,满足对电源效率和可靠性的严格要求。
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