反激电源请教

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 楼主 | 2019-9-20 09:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
请教大家一个问题,如下图是典型的单端反激电路,输入5V,变压器匝比为6:60,输出电容2.2uF,控制开关频率由单片机PWM控制,负载输出三极管初始是关闭的,三极管后接了一个恒流源电路。
方案是恒流源为单次脉冲,假如为1ms的正脉冲,电流为10mA,阻抗为6K,输出该脉冲后,输出端三极管关闭。
那么根据能量守恒,在输出三极管打开时,反激电源必须要在电容端充够足够的能量,待输出三极管打开时能成功输出1ms的脉冲能量,假设反激是300K开关频率,6uH电感,通过输出60V计算得到反激电源的占空比为55%,那么在输出开关打开前,如何计算反激电源需要提前对电容充电多少个周期才能使能量及电压达到要求?
反激.jpg

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| 2019-9-20 10:07 | 显示全部楼层
这个,我可以明确告诉你,不知道。
至于为什么呢?因为,咱们不讨论说开关管过载,不讨论变压器饱和,则线路是可以工作在DCM和CCM的,而到CCM,切换电流是一个未知值,可以是DCMl临界电流开始的任何值。
如果我们准确的定义为DCM,占空比55%,这样是可以计算的,只需要算出原边电流,再1/2,占空比折算到整周期时间,再折算匝获得实际平均充电电流。
这里 300KHz  55% 则导通时间为:1.833uS  电压5V 6uH,则峰值电流=5*1.833uS/6uH= 1.53A。
平均电流=1.53/2*55%=0.42A。   1:10匝比  则副边电流=0.042A=42mA  算上效率什么的,则=30mA。
由于计算得到的电流,远大于10mA脉冲电流,所以。理论上不需要充电时间。

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 楼主 | 2019-9-20 10:39 | 显示全部楼层
tianxj01 发表于 2019-9-20 10:07
这个,我可以明确告诉你,不知道。
至于为什么呢?因为,咱们不讨论说开关管过载,不讨论变压器饱和,则线 ...

你分析的确实是,那请问如果我用这种方式是否可行:开始打开PWM,在输出端采样他的电压,采样得到60V后再关闭PWM,然后再把输出的三极管打开输出给恒流源是否可行?另外还有个问题,下面是我采样的Vgs开关波形和变压器初级电流,为什么初级电流会这么大?按照dt=V*ton/L,理论计算是1.53A,怎么这第一个周期就跑到2.5A了?并且后面越来越大?
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| 2019-9-20 10:45 | 显示全部楼层
zoyee.l 发表于 2019-9-20 10:39
你分析的确实是,那请问如果我用这种方式是否可行:开始打开PWM,在输出端采样他的电压,采样得到60V后再 ...

这就是我说的,你从第一个波形开始,就进入到CCM,电流连续模式了,当然,电流会连续叠加,直到杀死你的电源、整流管、电容等等为止。
第一个周期,你PWM不完整啊,导通超时间了,波形没发现吗?当然电流峰值就高了。

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 楼主 | 2019-9-20 10:57 | 显示全部楼层
tianxj01 发表于 2019-9-20 10:45
这就是我说的,你从第一个波形开始,就进入到CCM,电流连续模式了,当然,电流会连续叠加,直到杀死你的 ...

确实是,软件输出的占空比第一个不对,我确认下软件的问题再来讨论下

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 楼主 | 2019-9-20 15:45 | 显示全部楼层
tianxj01 发表于 2019-9-20 10:45
这就是我说的,你从第一个波形开始,就进入到CCM,电流连续模式了,当然,电流会连续叠加,直到杀死你的 ...

目前第一个周期PWM改好了,但是还有一个疑问,在负载三极管打开之前,反激输出只有整流管和电容,相当于开路,为什么这个电路从第二个周期一直处于CMM模式?然后逐渐下降,是因为电容阻抗刚开始小,后面逐渐充电阻抗慢慢变大的原因吗?这个电流这么大已经将我的电源拉低了。
我现在想在负载三极管打开之前先让反激输出到60V,在打开三极管给恒流源输出。
6666位.jpg

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wh6ic 2019-9-20 16:26 回复TA
你的变压器一次线圈电感(含互感)大概就没有6uH,估计比较小。 看后面几个的波形,上升沿是斜的,是不是磁芯饱和了 
| 2019-9-20 16:05 | 显示全部楼层
你的储能电容在充电时电压逐渐上升的,电感的电流就下降了。

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| 2019-9-20 16:14 | 显示全部楼层
本帖最后由 wh6ic 于 2019-9-20 16:15 编辑
tianxj01 发表于 2019-9-20 10:07
这个,我可以明确告诉你,不知道。
至于为什么呢?因为,咱们不讨论说开关管过载,不讨论变压器饱和,则线 ...

你漏算了输出电容和需要达到的60V电压。

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tianxj01 2019-9-20 16:32 回复TA
补充一下,只有脉冲电流大于充电电流,则输出电容才会产生负的电压波动,当脉冲够宽,则甚至可能被放电到0,这时候,我们才需要计算脉冲过后,再次充电,电容储能到60的时间。 
| 2019-9-20 16:25 | 显示全部楼层
zoyee.l 发表于 2019-9-20 15:45
目前第一个周期PWM改好了,但是还有一个疑问,在负载三极管打开之前,反激输出只有整流管和电容,相当于 ...

因为你是开环的,在固定占空比驱动下,反激电流是2边互相影响,电容器充电电流,切换到原边管子导通,则是以该电流为基础继续增长。而电容器电压会持续被充电到更高电压直到损坏或者喷掉。

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| 2019-9-20 16:29 | 显示全部楼层
wh6ic 发表于 2019-9-20 16:14
你漏算了输出电容和需要达到的60V电压。

它放电电流都没超过充电电流,我干嘛还要计算输出电容需要充电到60V的时间呢?
所谓充电从0开始到60V,只是开机过程的暂态,完全可以不去管它,只要系统充电到了60V,由于脉冲负载电流小于反激充电电流,所以理论上电压只会升高不会降低。以后哪怕你再高频率的脉冲工作都是这样,则才是我们需要关心的根本。

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 楼主 | 2019-9-20 23:10 | 显示全部楼层
本帖最后由 zoyee.l 于 2019-9-20 23:16 编辑
tianxj01 发表于 2019-9-20 16:25
因为你是开环的,在固定占空比驱动下,反激电流是2边互相影响,电容器充电电流,切换到原边管子导通,则 ...

如果在负载的三极管没打开以前,单片机PWM一直给mos管的话,最终输出电压确实会上去,但是同时因为电流太大,电源电压也跌落了,但是目前我这边还是没搞清楚这初级电流这么大的原因以及改善措施,通过电流波形来看,貌似已经不能用dI=Vi*dt/L的公式来算了...

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 楼主 | 2019-9-20 23:25 | 显示全部楼层
tianxj01 发表于 2019-9-20 16:25
因为你是开环的,在固定占空比驱动下,反激电流是2边互相影响,电容器充电电流,切换到原边管子导通,则 ...

开关管Toff期间不应该是通过整流管直接输出给电容充电了吗?为什么电容上的电流还能通过二极管返回去影响初级?

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伟林电源 2019-9-20 23:31 回复TA
折射能量。 
| 2019-9-21 12:20 | 显示全部楼层
D=0.55是怎么算出来的?CCM/BCM模式?
空载burst-mode维持电容电压,加负载后DCM才是正道

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 楼主 | 2019-9-21 14:11 | 显示全部楼层
不亦心 发表于 2019-9-21 12:20
D=0.55是怎么算出来的?CCM/BCM模式?
空载burst-mode维持电容电压,加负载后DCM才是正道

根据Vo=Vi*n*D/(1-D),输出5V,输出60V,计算得到D=0.54左右,空载理论上来说应该是DCM模式,因为此时我后级三极管还未打开。

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| 2019-9-21 16:25 | 显示全部楼层
zoyee.l 发表于 2019-9-21 14:11
根据Vo=Vi*n*D/(1-D),输出5V,输出60V,计算得到D=0.54左右,空载理论上来说应该是DCM模式,因为此时我 ...

怎么可能是DCM,尤其是空载,当电容充电完成到60V,如果你还是以该占空比驱动,问一下,该占空比导通的能量到那去了?
如果是控制,理论上,当空载且充电完成时候,你的占空比应该是0。
事实上你忽略了一个在启动过程,不是开路,是由反激电流,对着电容充电,并且将电容器电压逐步推高,这过程,不再是用恒压过程可以简单计算。起电流下降不再是一个线性下降的函数。所以你的公式就错了,计算结果肯定也错了。

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 楼主 | 2019-9-21 21:20 | 显示全部楼层
tianxj01 发表于 2019-9-21 16:25
怎么可能是DCM,尤其是空载,当电容充电完成到60V,如果你还是以该占空比驱动,问一下,该占空比导通的能 ...

我是说充到60V之前那段时间时间,这段时间不应该是DCM吗?我在输出端有分压检测,当检测到60V我就会把PWM关掉,将后级三极管打开,将能量输出给负载,我的理解是否有问题?

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伟林电源 2019-9-22 00:47 回复TA
从开机到充满电整个过程都没完全打开,你怎么来的DCM? 
| 2019-9-22 09:07 | 显示全部楼层
本帖最后由 tianxj01 于 2019-9-22 09:48 编辑
zoyee.l 发表于 2019-9-21 21:20
我是说充到60V之前那段时间时间,这段时间不应该是DCM吗?我在输出端有分压检测,当检测到60V我就会把PWM ...


为什么就必须是DCM?DCM的前提是,开关管导通时候,反激变压器总电流必须为0,你留下一个45%占空比时间来给电容充电,由于充电+升压,非是一个恒压线性下降过程,初级电感对负载输出电流,其本质是磁芯内部所含磁场能,在某种规则下面释放,所以,等功率恒压放电时候,则电流线性下降,而变压放电,电感电流的下降是一个2次函数,这里你列出这个公式了没?该公式和电容容量是什么关系?为什么你认为45%可以下降到0,而不是必须60%、70%的放电时间才能下降到0的?
给你一个启发性思考方法:
假如我接了一个无穷大的电容,不考虑中间过程,我们设想一下第一个开关脉冲后的情况:
充进去的磁能是一个1.53A 占空比55%的三角波,那么,初级这时候电压=0,由于电容无穷大,则理论上放电结束电压还是0,整个过程,初级以同样功率计算出的起始电流开始对负载放电,此时电压=0,结束电压也是0,则结束电流=起始电流,不会下降,本质就是电感反向感应电压太低了,到接近0时候,其电流变化率也是0,(超导悬浮就是靠这么干的)。
这就是你第一个脉冲结束,不是你像你理解的应该进入DCM,而是立刻进入CCM并由此开始烧毁元件的征途的过程....
对一个输出电压由0开始建立的启动过程,所以我们必须采用占空比从0开始的软启动就是这个道理。否则,在输出未平衡的前几个周期,由于CCM的电流迭代过程,在启动的前几个周期,因为对输出电容充电、工作电压尚未完全建立的时间段内,就已经可以烧毁开关管了。

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| 2019-9-22 11:50 | 显示全部楼层
zoyee.l 发表于 2019-9-21 21:20
我是说充到60V之前那段时间时间,这段时间不应该是DCM吗?我在输出端有分压检测,当检测到60V我就会把PWM ...

你的公式在正常的CCM和BCM模式中才是正确的
开机启动,输出电容电压从0V逐渐升高的过程,占空比需要逐步展开,否则变压器可能会饱和,开关管炸掉
如果单片机PWM分辨率不够,可以固定Ton时间,频率由低逐步提到高到300K
输出电压几十个ms就建立起来了,然后burst-mode维持输出电压,开启恒流负载的时候,正常PWM工作,关闭恒流负载再进入burst-mode维持输出电压就可以了
0.5*Lp*Ipk*Ipk *f= UI/η   DCM模式要根据这个去计算D
打开恒流负载的时候为什么要关闭PWM呢,关闭PWM,以10mA放电1ms,电容电压会低落4.5V,6K的负载还怎么恒流10mA。。。。要恒流,输出电压要设置比60V高一点

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| 2019-9-22 15:54 | 显示全部楼层
不亦心 发表于 2019-9-22 11:50
你的公式在正常的CCM和BCM模式中才是正确的
开机启动,输出电容电压从0V逐渐升高的过程,占空比需要逐步 ...

楼主这个老弟,我本来已经准备放弃说服了,早上实在看不过去,才又给他码了点。
估计我们的努力,不一定能够扭转那些认识比较特殊的人类。
看起来,关于电感储能和释放以及开关变压器基本知识,在学的有很多还是很欠缺。
没有从原理上认识清楚问题的本质,只是像捧着圣旨一样的记着几个书本或者老师教的公式。
记得上次有个帖子,说的是反激模型,关于次级2个耦合线圈在恒压放电过程中关于负载和电流分配和斜率,也是折腾了好久,怎么都点拨不清楚。

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| 2019-9-22 16:40 | 显示全部楼层
反激式占空比不要大于0.5,改成输出到达60V时,才启动三极管给后续负载。那么反激出力给些余量比60V高一些就反馈住。

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