《2022年解析PRT自激振方式VRC软开关变换电源技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年解析PRT自激振方式VRC软开关变换电源技术（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、解读 PRT 自激励振方式 VRC 软开关变换电源技术在开关变换电源电路中，将谐振型变换开关元件的励振、驱动方法定义为两类，即把设置有专用的励振和驱动电路方式叫作它激励振、驱动；把利用变压器反馈电路实现的励振、驱动方式叫作自激励振、驱动。这里阐述利用正交型变压器 PRT反馈电路构成的自激励振方式电压谐振型软开关变换电源技术。1 正交型变压器的控制技术对于自激励振方式谐振型变换器的控制技术，尤其重要的是采用各种铁氧体磁心的正交型变压器PRT。图 1 是 PRT 构造和电感特性及电路图形符号。其中，图 1(a)为旧单口型铁氧体磁心PRT；图 1(b)为新双口型铁氧体磁心PRT；图 1 (c)为 P
2、RT 电路符号。比较它们的形状和电感特性后得知，新双口型PRT 的磁路长度比旧单口型的磁路长度延长，磁阻增加。由于主线圈N 的电感量Ln 和控制线圈 Nc 的直流控制电流Ic 的变化，使新双口型的Ln 变化幅度和线性范畴都扩大了。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页在图 2中设控制线圈 Nc 流过直流 Ic 时产生的磁通为 c、主线圈 N1 或 N2 上流过交流电流I1 时产生的磁通为 1。若图 2(a)中箭头方向为正，则在磁路A 和D 上的磁通 c 和1 方向相反，磁通为 1-c；而在磁路 B 和 C 上的磁通 c和
3、1 方向相同，磁通为 1+c。图 2(b)中主线圈 N1 加载到磁路 B 和 D 上的B-H 曲线，相当于被Lc 的变化而调制的磁滞曲线。由于加载到线圈Nc 磁路A，B 上的1 感生电压互相抵消，在Nc 上不产生交流电压，所以PRT 的电流Ic 信号就可以作为控制磁路B 和 D 上的磁通量，把它作为可控电感元件，实现谐振型变换器的控制技术。图2(c)为这种 PRT 的电路符号。2 自激励振方式电压谐振型变换器开关元件在断开时，加在开关元件上的电压波形是LC 谐振时产生的正弦波电压，也称之为电压谐振。利用电压谐振型变换器VRC 电路和 PRT 的组合，可以构成各式软开关变换电源。常用的自激励振方
4、式VRC 的控制方式有如下几种：21 并联谐振频率控制方式图 3 为单管自激励振方式VRC 的并联谐振频率f0 控制方式的开关变换电源电路。图 3(a)为电路图，图 3(b)为控制特性图，图3(c)为工作波形图。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页图 3(a)中 PRT的结构如图 2 所示，线圈 N1 与脉冲电流转换器PCC的电感 Ls串联后，再与并联电路 (包括 VCBO1 200 V 的耐高压 BJT 管 Q1、续流二极管D1、并联谐振电容Cr)串联。另外，有中心抽头的全波整流线圈N2 与谐振电容Cs并联。图中自激
5、励振电路由下述元件和小电路构成，如启振电阻Rs，串联谐振电路(包括绕有 1 匝线圈的脉冲电流转换器PCC、限流电阻 RB、定时电感 LB、定时电容 CB)，并联电路 (包括箝位二极管DB，Q1 的基极一发射极 )。由此可知，这个自激励振、驱动电路的工作波形是低噪声、正弦波波形。另外，在 RB 较小时开关变换频率fS 由 LB 和 CB 的串联谐振值决定，见式(1)：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页为了表示 VRC 电路的谐振频率fo 和输出直流电压Eo，在 Eo 端接上负载电阻RL 后，分别设 N1，N2 的电感值
6、为 L1，L2；匝数比为 n=L1L2；滤波电解电容 Ci 两端电压为 Ei，则等效电路的导出解读式结果fo 及 Eo。见式 (2)，式(3)：由式可知，若固定fs，控制 PRT 的可变电感L1，就可控制谐振频率fo 和输出电压 Eo。设 fofs，=2fs，则如图 3(b)所示，依据PRT 控制原理，若控制Ic，就能稳定输出电压Eo 的值。当 Q1截止时，产生的集一射间脉冲电压Vcp 是 L1+L2 和 Cr 的并联谐振电压，其峰值是Ei 的 56 倍，但Q1 瞬断时的开关变换损耗较小。当负载功率Po=180 W，交流输入电压VAC=220 V，FS=50 kHz 时，可以得到 AC-DC
7、的电能变换效率为 AC-DC=83。从 Ci 端 PRT的励磁电流 I1 和 N2 侧 Cs的两端交流电压V2 的工作波形可以看到，其基本上接近光滑的正弦波状，可以达到低噪声，满足实用的目的。22 谐振电压脉冲宽度控制方式在图 3 中，PRT 的主线圈 N1，N2 是用100m 单线捆成 4050 根的绞合线绕制而成，它不但要保证铁氧体磁芯的绝缘间隙，还会造成体积增大。为了减少电路体积，可以想到，如果控制PCC 的电感量 Ls，也能对 Eo 进行控制。故将图 3 的 PCC 换成图 1 的 PRT，则用 PIT 一次侧串接 PRT 的方式构成了VRC，如图 4 所示。图 4(a)为电路图；图
8、4(b)为工作波形图。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页这个电路的构成原理是，PRT 和 PIT 的一次侧有LR+L1 和 Cr 的并联谐振电路；二次侧有 N2 电感 L2 和 Cs的并联谐振电路。图4 中的 V1 和 V2 分别为两组的并联谐振脉冲电压。用电流驱动变压器CDT 控制开关管 Q1 的断合工作。由于控制了PRT 的 NR 电感 LR，所以能够控制谐振电路V1 的脉冲宽度T1，达到稳定输出电压E0 的目的。电压谐振波形如图4(b)所示，图中的工作参数为 fs=110 kHz，控制范畴为T1=345 s，控
9、制宽度为 T1=15s，电能效率为 AC-DC=83。另外，除了图4 用 PIT 一次侧连接 PRT 的脉冲宽度控制方式VRC 之外，还有用 PIT 的二次侧连接 PRT 的脉冲宽度控制方式VRC，这个电路的构成原理是，PIT 的一次侧有 L1 和 Cr、二次侧 N2 有电感 L2+LR 和 Cs 的这两组并联谐振电路。对于 Eo 的稳压，由于控制PRT的 NR 电感 LR，所以能够控制二次侧谐振电压 V2 的脉冲宽度 T2。用 PIT 二次侧连接 PRT的脉冲宽度控制方式VRC 的典型工作参数为 fs=715 kHz，控制范畴 T2=712s，控制宽度 T2=5s。上述两种谐振电压脉冲宽度控
10、制方式电路都不需要PRT 的主线圈NR、控制线圈 NC 和磁芯间的距离，所以可以使之小型化。另外，上述的VRC 是最大负载功率 Pomax150 W 的情况，在 AC 输入电压 VAC=220 V 时，为了确保开关元件 Q1，PIT 和 PRT的可靠性，输入整流滤波电路几乎都设计成全桥整流方式。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页由于供给 VRC 电路的直流输入电压Ei 较高，伴随着VAC Ei，则变压器一次侧的谐振电流， Q1 和 Cr 上的电压谐振脉冲电压Vcp，其 Vcp 可高达1 500 V 以上。所以， Q1
11、和 Cr 要采用大于 1 800 V 耐高压的元件，并且还要对Q1 的饱和压降 VCE(SAT) 、下降时间 tf 及高频特性的大小有所限制。因此，对上述电路进行改进，得到如图5 所示的升压型复合电压控制方式VRC。23 升压型复合电压控制方式图 5(a)由 PIT 的三次线圈 N3、升压二极管 DB、主绕组有抽头的PRT(主绕组 NR 分为分为 NR和 NR线圈； NR为升压控制线圈； NR为谐振电压脉冲幅度控制线圈 )、滤波电解电容Ci 构成了升压型复合电压控制方式VRC。这就是用1组控制电路，同时能够控制升压EB 和并联谐振脉冲电压幅度Vcp，并达到 Eo稳定的复合电压控制方式VRC。设
12、 DB 的正向导通电压为VF，PRT 主绕组 NR 的总电感量为 LR，PIT 的一次线圈 N1 的电感量为 L1，则从 Ei 和一次测 VRC 得到的升压电压 EB，如式 (4)表示。式中：设 NR+N3=12N1；可变电感 LR=02L112L1；EB 为 Ei2Ei 控制 LR 的变化，就能够得到2 倍 Ei 值的电压变化量。当NR=NR=14T 时，LR的动态控制范畴约为6 倍。负载功率Pomax 的工作波形如图5(b)所示。对于VAC 和 Pomax的变化关系，如图5 (c)所示 Ei 和 EB 的描绘曲线。根据这种控制方式，控制EB 就能使 Eo 稳定。随着 VAC 的上升，控制
13、PRT 的 LR 增加，让 Q1 和 Cr 上的电压谐振脉冲峰值Vcp 固定为 700 V 左右，所以Q1 可采用VCBO150 W；电能转换效率高，为 AC-DC83；容许输入电压变动范围宽，为VAC=220 V(-20 +10)，控制性能好，应用厂泛。采用正交型变压器PRT 构成的自激励振方式软开关变换电源技术，对于谐振方式，不仅有电压谐振型，还有电流谐振型。对于DC 输出电压的控制方式，有并联谐振频率、谐振电压脉冲宽度、升压型、复合型等控制方式。但对于电流精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页谐振型 CRC(因与本题目不符，加之篇幅有限，故略)，还有开关变换频率、串联谐振频率等控制方式。它们都是基于控制PRT 电感量实现自动稳定输出电压Eo的自激励振方式的谐振型软开关变换电源技术。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页
