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。常用的自激励振方式VRC的控制方式有如下几种:
2.1 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。
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VCBO>1 200 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):
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的电感值为L1,L2;匝数比为n=L1/L2;滤波电解电容Ci两端电压为Ei,则等效电路的导出解析式结果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fo>fs,ω=2πfs,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5~6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的电能变换效率为ηAC-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。