《电子技术应用》
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准谐振与有源钳位反激变换器的性能比较和分析
电子技术应用
刘志斌,潘永雄,吴健鸿
广东工业大学 物理与光电工程学院
摘要: 高频、高效和高功率密度已成为AC-DC变换器重要的设计指标。传统准谐振反激变换器因其漏感能量多借助无源电阻元件以热能形式释放,不具备ZVS特性,限制了功率密度的进一步提升,而有源钳位反激变换器能弥补准谐振反激变换器的不足。先简述准谐振反激变换器与有源钳位反激变换器的工作原理,接着分析准谐振与有源钳位反激变换器主要性能指标差异,然后设计并制作两款48 W的准谐振反激变换器样机和有源钳位反激变换器样机以便获得相关的试验数据,作为性能比较分析的依据。
中图分类号:TN86 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234337
中文引用格式: 刘志斌,潘永雄,吴健鸿. 准谐振与有源钳位反激变换器的性能比较和分析[J]. 电子技术应用,2024,50(4):115-120.
英文引用格式: Liu Zhibin,Pan Yongxiong,Wu Jianhong. Performance comparison and analysis of quasi resonant and active clamp flyback converters[J]. Application of Electronic Technique,2024,50(4):115-120.
Performance comparison and analysis of quasi resonant and active clamp flyback converters
Liu Zhibin,Pan Yongxiong,Wu Jianhong
School of Physics and Optoelectronic Engineering,Guangdong University of Technology
Abstract: High frequency, high efficiency, and high power density have become important design indicators for AC-DC converters. Traditional quasi resonant flyback converters, due to their reliance on passive resistive components to release leakage energy in the form of thermal energy, do not possess ZVS characteristics, which limits the further improvement of power density. However, active clamp flyback converters can compensate for the shortcomings of quasi resonant flyback converters. This article firstly outlines the working principles of the quasi resonant flyback converter and the active clamp flyback converter, and analyzes the main performance differences between the quasi resonant and active clamp flyback converters. Then, two 48 W quasi resonant flyback converter prototypes and active clamp flyback converter prototypes are designed and manufactured to obtain relevant experimental data as a basis for performance comparison and analysis.
Key words : quasi resonant;active clamping flyback;flyback converters

引言

随着便携式电子设备和电池快速充电技术的发展,要求电源适配器的体积更小、输出功率更大,显然提高适配器开关频率和效率对减小电源适配器尺寸至关重要[1-2]。反激变换器具有输入输出电气隔离、电路结构简单、成本低等优势,被广泛应用于手机、笔记本电脑等各类便携式电子产品中。然而,反激变换器储能变压器的漏感较大,在关断瞬间开关管的漏源极将出现很高的尖峰脉冲电压,为此需要在变压器初级绕组两端设置钳位电路来吸收漏感能量,以防止开关管过压击穿[3-4]。传统反激变换器常用阻容二极管(RCD)钳位电路,RCD钳位电路借助钳位电容与漏感发生谐振,将存储在漏感中的能量转化为热能耗散掉[5-6]。尽管RCD钳位电路可以解决漏感能量在变压器磁芯堆积带来的可靠性问题,但漏感能量没有得到利用,损耗大,需要较大的体积以便散热,降低了反激变换器的功率密度。为此,损耗更小的准谐振(Quasi-Resonant,QR)[7]技术被提出了。

QR反激变换器在开关管漏源电压谷底触发开关管开通,存储在开关管输出寄生电容Coss中的能量得到了部分利用,从而减小了开关管的开通损耗,提高了系统效率。但QR反激变换器的关断损耗、导通损耗及钳位电路的损耗与传统反激变换器相同,依然较大,效率提升幅度有限,并且损耗随着开关频率的增加而增大,因此QR反激变换器通常工作在150 kHz以下,限制了其功率密度的进一步提升[8]。而有源钳位反激变换器(Active-clamp Flyback,ACF)具有更高的工作频率、效率和功率密度,并且能够弥补QR反激变换器的缺陷[9-10]。目前有关QR反激变换器和有源钳位反激变换器性能指标差异深度分析的文献不多,为此本文简要介绍QR和ACF反激变换器的工作原理,制作输出电压为24 V、输出功率为48 W的基于QR和ACF反激拓扑结构的AC-DC变换器,在相同输入条件下分别测量效率、损耗、功率元件温升等主要性能指标,为两种反激拓扑性能比较提供实验依据。


本文详细内容请下载:

http://www.chinaaet.com/resource/share/2000005959


作者信息:

刘志斌,潘永雄,吴健鸿

(广东工业大学 物理与光电工程学院,广东 广州 510006)


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