一、传统反激式开关电源开有很多固有缺陷,如:
- 开关管工作在硬开关状态,上升沿开关损耗大
- 变压器漏感无法完全避免,只能通过RCD吸收,白白损失功率
- 频率无法做高,因为频率越高,开关损耗越大,RDC造成的损耗占比就越大
- 体积大,无法满足新兴市场,如手机大功率快充充电器、超薄电视机、超薄电脑充电器
由于以上几点,导致反激拓扑应用场景大大受限。
二、针对以上问题,本文分享一种软开关反激式开关电源,简化图如下,优点:
- 主开关管工作在软开关状态,即,MOS打开之前DS两端电压为零,降低开关损耗
- 重新设计RDC吸收电路,在退磁时回收漏感能量并重新传递给次级,降低损耗
- 因为主开关管工作在软开关状态,可以将频率设置得很高,如500KHz,大大减小电源体体积
- 次级整流器工作在ZCS模式
- 内置升压供电电路,在输出宽电压范围内(如3.3-20V),保证芯片稳定工作,且省去了LDO降压损耗
- 满载效率大于94%
本控制器是一种过渡模式有源钳位反激控制器,配有先进的控制方案,能够显着减小无源组件的尺寸,从而实现更高的功率密度和更高的平均效率。能驱动高达1 MHz的高频AC / DC转换器。
ACF控制器旨在针对低侧主开关自适应地实现目标全ZVS或部分ZVS条件,并在较宽的工作条件下将循环能量降至最低。 由于上管导通时间逐周期校正,因此自动调谐消除了因组件公差,输入/输出电压变化和温度变化而导致丢失ZVS的风险。
三、市场方案举例:
下面这个就是RAVPOWER的45W超薄充电器
(我不是在打广告,只是我平时在用这款,出差携带非常方便,支持目前市场上大部分手机电脑充电协议)
下面是充电器上的丝印,
输出电压分档:5V、9V、12V、15V、20V
拆机:
内部采用的就是有源钳位反激架构
采用了PCB变压器,才使得厚度如此薄
并且还有很大一部分空间闲置
看下图,上面四个电解直径是8mm ,对比厚度真心薄
PCB变压器上集成同步整流电路
这里我有个疑问,不知有没有大神帮忙解答一下:
光耦采用了亿光的EL1018,但对比目前使用比较多的适配器光耦型号中,EL1018的温度特性是最差的,CTR随温度变化特别大。为什么不用东芝的383,难道紧紧是因为价格?
四、方案设计分享
这段时间我正在做一个65W小体积方案,输出5-20V,
支持小米、华为、苹果、OPPO、VIVO等大部分手机及近两年新出的支持PD协议笔记本电脑
用的就是这个芯片,给大家分享测试波形先:
开机波形
1号黄色:原边电流波形
3号紫色:下管PWM波形
4号绿色:下管DS波形
展开中间
1号黄色:原边电流波形
2号蓝色:上管PWM波形
3号紫色:下管PWM波形
4号绿色:下管DS波形
展开末端
1号黄色:原边电流波形
2号蓝色:上管PWM波形
3号紫色:下管PWM波形
4号绿色:下管DS波形
5V满载波形
1号黄色:原边电流波形
4号绿色:下管DS波形
漏感能量几乎完全都回收利用起来,可见在Toff期间,下管VDS一点尖峰都没有
65W满载波形
1号黄色:原边电流波形
2号蓝色:下管PWM波形
3号紫色:上管PWM波形
4号绿色:下管DS波形
下管导通前,DS电压已经降至零(准确的说是接近0,一般4-8V左右)
满载频率300K左右,变压器用的RM10,如果用PCB变压器的话,频率还要设置更高
变压器设计:
变压器设计比较复杂
这里用了一款专用设计工具
对设计工具感兴趣可以留言邮箱,我抽时间发给你们
PCB设计:
因为频率比较高,上下管皆用了氮化镓MOS
如果大家对我做这个方案感兴趣,可以留言邮箱,我把原理图发给你们
因为平时上班比较忙,收到留言当天不一定有时间,一般1-5天内我会抽时间给大家发哈。