基于双管正激变换器的升压式储能电容充电器设计文献综述

 2022-11-01 14:28:53
  1. 文献综述(或调研报告):

在《TFS757-764HG》使用说明书中讲述到的HiperTFS装置系列。它结合一个高功率双开关正激转换器和一个中等功率反激式(备用)转换器成为一个单一的,低调的eSIPtrade;功率封装。单芯片解决方案为双开关正激、反激变换器、高低侧驱动这三种高压功率管提供了控制器,并且消除了变换器对昂贵的外部脉冲转换器的需求。该器件是理想的高功率应用,需要一个主电源转换器(双开关正激)高达414瓦,备用转换器(反激式)高达20W。HiperTFS带有一套功率集成标准的综合保护功能,如集成的软启动、故障和过载保护,和滞后热关机。HiperTFS利用先进功率封装技术简化了双开关正激的布局、安装和热管理的复杂度,同时又能在一个紧密的封装中具备提供高功率的能力。这些器件工作在宽输入电压范围内,可用于功率因数校正阶段后,例如HiperPFS。双开关正激电源转换器通常用于要求具有成本效益的效率,快速的瞬态响应,和精确的耐电压波动的应用选择。结合HiperTFS设备的双开关正激控制器在经典拓扑学有所改善,通过允许操作远高于60%的占空比。这种改进降低了电流传导损失,最大限度地减少了大容量电容器的体积和成本呢,并最大限度地减少输出二极管的电压额定值。先进的设计还包括变压器磁通复位控制(饱和保护)和电荷回收高侧MOSFET开关,减少了开关损耗。这种结合创新产生了一种非常有效的电源更小的MOSFET,更少的无源和分立元件,和一个低成本的变压器。HiperTFS的反激式备用控制器和MOSFET解决方案是基于极受欢迎的TinySwitchtrade;技术用于数十亿电力变换器集成电路,归功于其简单的操作,轻负载效率,和坚固、可靠的性能。该反激式转换器可以提供高达20瓦的输出功率和内置的过载功率补偿,降低了组件的设计余量。

在《High speed PWM controller》文献中提到的,PWM控制器UC3823A、UC3823B和UC3825A、UC3825B系列是标准UC3823和UC3825系列的改良版。几个电路板的性能得到了增强。误差放大器增益带宽积为12MHz,而输入失调电压为2 mV。限流阈值是保证5%的公差。振荡器的放电电流被指定为10毫安,用于精确的死区时间控制。频率精度提升到6%。启动电源电流,通常为100mu;A,是离线应用的理想选择。输出驱动重新设计用于在低压关断时积极吸收电流不增加损耗的启动电流规格。此外,每个输出在过渡期间可达2A峰值。这个系列已经进行了功能改善。在在UC3825关闭比较现在是一个高速过流比较器,阈值为1.2 V。电流比较器设置一个锁,确保软启动电容完全放电后才允许重新启动。当故障锁存器被设置时,输出处于低状态。在连续故障的情况下,软启动电容器在放电前充分冲电,保证故障频率不超过设计的软启动周期。在UC3825时钟脚已成为CLK/LEB。该引脚相结合的时钟输出功能和领先的边缘消隐调整,并已被缓冲,更容易的接口。该UC3825A与UC3825B具有双重交替输出,并且与UC3825有相同的引脚配置。UC3823B UC3823A输出工作在占空比从零到小于100%。UC3823B、UC3823A引线结构与UC3823相同,除了11号引脚现在是输出引脚,而不是电流阈值比较器的参考脚。A版本的低压关断阈值与原UC3823、UC3825相同。B版本有16V和10V的低压关断阈值,用于离线应用的易用性。参考应用笔记,该UC3823A,B和UC3825A,B提高PWM控制器产生,(slua125)技术和应用的详细信息。

通读阅读文献《High Step-Up Converter With Coupled-Inductor》可知,在这项研究的对象是一个带耦合电感高阶升压转换器。在建议的策略,一个带较低电压额定开关的耦合电感器用于提高电压增益(开关是否接通或关闭)。此外,一个被动再生缓冲用于吸收漏电感的能量,使开关占空比可以操作在很宽的范围内,和相关的电压增益是高于其他基于耦合电感的转换器。此外,该方案中的所有器件也具有电压钳位特性,其电压应力比输出电压相对较小。因此,它可以选择低电压低传导损耗器件,并在该电路中的二极管没有反向恢复电流。此外,该方案利用闭环控制方法克服功率源的负载变化时的电压漂移问题。因此,该变换器的拓扑结构可以促进常规单电感升压转换器的电压增益,处理一个以耦合电感为基础的转换器的电感和变压器漏磁问题。一些实验结果通过质子交换膜燃料电池和传统电池的例子,验证了所提出的功率转换策略的有效性。

在《understanding boost power stage in switchmode power supplies》文献中,讲述了常用的三种基本的开关电源拓扑结构是降压、升压和降压升压。这些拓扑结构是非隔离的,即输入和输出电压有共同点。然而,这些非隔离的拓扑结构仍有各自的派生。电源拓扑与开关、输出电感和输出电容的连接有关。每个拓扑结构具有独特的性能,包括稳态电压转换率,输入和输出电流的性质,以及输出电压纹波的字符。另一个重要特性是输出电压占空比传递函数的频率响应。Boost是一个受欢迎的非隔离功率级拓扑结构,有时被称为一个升压功率级。电源设计人员选择升压功率级,因为所需的输出电压总是高于输入电压,是相同的极性,而不是从输入隔离。升压功率级的输入电流是连续的,或非脉动,因为输入电流与电感电流相同。升压功率级的输出电流是不连续的,或脉动,因为输出二极管只在一个开关周期的一部分进行。输出电容器提供整个负载电流的开关周期的其余部分。该应用程序的报告描述了稳态操作,并给出了在连续和不连续模式工作的的升压转换器的理想的波形。利用脉宽调制开关模型,给出了输出电压占空比的传递函数。

在《8-Pin PFC and PWM Controller Combo》中介绍ML4803是节省空间的控制器,用于功率因数校正,具有非常低的启动和工作电流的开关电源。功率因数校正(PFC)提供了更小体积,更低成本的电容,降低了电力线负载和交换沟道的应力,生成了一个与IEC1000-3-2规格一致的电源 。ML4803的电路,前端安装平均电流的“助推”型PFC,以及后端安装PWM。ML4803-1的PFC和PWM在相同的频率工作,67khz。ML4803-2的PFC频率自动设置为134kHz PWM的一半。更高的频率允许用户设计更小的PWM组件,同时维持PFC最适宜的工作频率。在负载突然降低的情况下,过压比较器关闭PFC电路。PFC部分还包括峰值电流限制,以此增强系统可靠性。

双管正激变换器具有开关管电压低、无桥臂直通危险、可靠性高等优点,广泛应用于中、高功率场合;但存在变压器工作在第一象限、开关管的工作占空比通常小于0.5、整流输出电压和电流的脉动大、输出端滤波器的体积大等缺点。现有绝大多数相关文献主要讨论双管正激变换器缺点的解决方案以及如何利用软开关提高电路效率的问题。从提高电路效率方面考虑,双管正激变换器软开关以往被分为无源辅助电路式、有源辅助电路式以及无需辅助电路式3 种。因为双管正激变换器是一种有点和缺点都十分明显的变换器结构,所以需要通过组合技术来设计变换器,保留双管正激变换器电压应力低和可靠性高等优点的同时,克服其副边电压应力高、电压和电流脉动大以及变压器磁芯利用率不高的缺点。交错控制能够提高变换器的等效频率,减小输出电流脉动。两个双管正激变换器能组成四种组合变换器:并-并型组合变换器、串-并型组合变换器、并-串型组合变换器和串-串型组合变换器。在这四种变换器中都采用交错控制方式。两个双管正激变换器有三种交错并联方式:在输出电容侧并联、在续流二极管侧并联和采用耦合电感在输出电容侧并联。

双管正激再一个缺点为,由于变压器圆边续流二极管的存在,高频变压器的铁芯始终工作在磁化曲线的第一象限,虽然能减小变压器铁芯的磁滞损耗,但是降低了变压器的铁行利用率,增大了变压器体积和重量。变压器磁芯复位技术也是必要的,电压基于磁化电感反相并使磁芯复位,使电流不会在每个开关周期增大。在3种常见的标准磁芯复位技术中选择:三次绕组、电阻-电容-二极管钳位、双开关正激。

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  3. 李冉, 茆美琴, 苏建徽,等. 基于UC3844控制的双管正激式变换器在电动自行车充电器中的应用[J]. 阳光能源, 2007(1):67-69.
  4. 孙轩, 马皓. 超宽输入电压范围三相开关电源的设计和优化[J]. 机电工程, 2010, 27(4):97-99.
  5. 程良涛, 邹娟, 李辉. 双管正激变换器[J]. 大功率变流技术, 2010(02):34-37.

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