锁定电源电压的固定占空比反激变换器

标签: 反激 能量收集

现象

反激变换器设计成呈现高阻抗电源的源内阻时，在小幅值下取得预期比例的电源功率。幅值超过某一值后，其输入电压不再跟随电源，它取得的功率也低于电源的可用功率。

原因

在 DCM 下，固定占空比的反激变换器在输入端呈现为一个电阻（无损电阻）[Erickson & Maksimović 2020, Ch. 15 (AC and DC Equivalent Circuit Modeling of the Discontinuous Conduction Mode)]。只有输入低于临界输入电压时，它才工作在 DCM。足以把输入抬高到该电压的电源会把反激变换器推入 CCM；在 CCM 下，输出固定时，电压变换比只允许这一个输入电压 [Erickson & Maksimović 2020, Ch. 6 (Converter Circuits)]。输入便停在该电压：反激变换器已成为恒压负载（constant-voltage sink），它从电源功率中取得的比例取决于电源的幅值（恒压负载的功率提取比）。

在该示例中，开路电压为 1 kV、源内阻为 10 kΩ 的电源可向匹配电阻提供 25 W。反激变换器的输入被保持在其临界电压 220 V，在该电压下，它取得的功率占该功率的比例为 0.686。

如何确认

画出输入电压随电源幅值变化的曲线：在 DCM 下它跟随幅值变化，到达临界电压后变平。或者观察励磁电流：在 CCM 下，它不再在每个周期内降到零。仿真器中的限流电源可以显示输入稳定在临界电压上的过程：

▶ 在仿真器中打开：反激
预设取自例题 flyback-source

解决方法

选择占空比和匝比，使临界电压高于电源所能驱动到的最高输入电压（无损电阻的母线电压），再按由此得到的电压确定开关管的额定电压（开关管电压）。匝比越小，临界电压越高。改变占空比也会改变输入电阻（输入电阻），因此要随之重新确定励磁电感（匹配所需的励磁电感）。

参考资料

• [Erickson & Maksimović 2020, Ch. 15 (AC and DC Equivalent Circuit Modeling of the Discontinuous Conduction Mode)]：无损电阻（loss-free resistor）。
• [Erickson & Maksimović 2020, Ch. 6 (Converter Circuits)]：反激变换器的 CCM 电压变换比。
• 作为无损电阻的 DCM 反激变换器和源匹配工具。