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快充电源适配器

“快充”指的(de)是网(wang)购一(yi)族网(wang)上(shang)全国移动(dong)、联(lian)通、电信(xin)话费(fei)、Q币、各种(zhong)游戏点(dian)卡等官方快速充值，商家都(dou)(dou)是用的(de)自动(dong)充值软件，直接对应的(de)淘宝(bao)的(de)接口(kou)，只要(yao)是买家付了款，不管掌柜在不在线，软件都(dou)(dou)会7*24小时为您所填(tian)的(de)号码进行自动(dong)充值，1到(dao)10分钟到(dao)账，一(yi)般都(dou)(dou)在3分钟左右就到(dao)账了。

电(dian)源(yuan)适配器(qi)（Power adapter）是小型便(bian)携式(shi)电(dian)子设备(bei)(bei)及(ji)电(dian)子电(dian)器(qi)的供电(dian)电(dian)源(yuan)变换(huan)(huan)设备(bei)(bei)，一般由(you)(you)外壳、变压器(qi)、电(dian)感(gan)、电(dian)容、控制IC、PCB板等元(yuan)器(qi)件组成，它的工作原理(li)由(you)(you)交流输(shu)入转(zhuan)换(huan)(huan)为直流输(shu)出；按(an)连接(jie)方式(shi)可分为插(cha)墙(qiang)式(shi)和(he)桌面式(shi)。广泛(fan)配套于安(an)防摄像头，机(ji)顶盒，路由(you)(you)器(qi),灯条，按(an)摩仪(yi)等设备(bei)(bei)中。

高功率密度快充与PD电源适配器结构

快(kuai)(kuai)充(chong)及(ji)电(dian)(dian)源适配器(qi)通(tong)常采(cai)用(yong)传(chuan)统的(de)(de)反(fan)激变换(huan)(huan)器(qi)结构(gou)，随着快(kuai)(kuai)充(chong)及(ji)PD适配器(qi)的(de)(de)体(ti)积(ji)进一(yi)步(bu)减小、功(gong)率(lv)密(mi)度进一(yi)步(bu)提高(gao)以及(ji)对于(yu)高(gao)效率(lv)的(de)(de)要(yao)求(qiu)，传(chuan)统的(de)(de)硬(ying)开(kai)(kai)关(guan)反(fan)激变换(huan)(huan)器(qi)技术受到(dao)很多限制。采(cai)用(yong)软开(kai)(kai)关(guan)技术工作(zuo)在更(geng)高(gao)的(de)(de)频率(lv)，可以降(jiang)低开(kai)(kai)关(guan)损(sun)耗提高(gao)效率(lv)，减小变压(ya)器(qi)及(ji)电(dian)(dian)容的(de)(de)尺寸降(jiang)低电(dian)(dian)源体(ti)积(ji)，同时改善EMI性能，从而满(man)足系统设计的(de)(de)要(yao)求(qiu)，特别适合于(yu)采(cai)用(yong)超结结构(gou)的(de)(de)高(gao)压(ya)功(gong)率(lv)MOSFET或高(gao)压(ya)GaN器(qi)件(jian)的(de)(de)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度快(kuai)(kuai)充(chong)及(ji)电(dian)(dian)源适配器(qi)。

传统(tong)的(de)硬开关反激变换(huan)器功(gong)(gong)率开关管电压(ya)、电流应(ying)力大，变压(ya)器的(de)漏感引起电压(ya)尖(jian)峰，必须采(cai)用无源(yuan)RCD吸(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)电路(lu)(lu)进行箝(qian)位限制，RCD吸(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)电路(lu)(lu)的(de)电阻R产生(sheng)额外(wai)的(de)功(gong)(gong)率损耗，降低系统(tong)效率，如图1所示。如果将(jiang)RCD吸(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)电路(lu)(lu)的(de)电阻R去掉，同时(shi)将(jiang)二极管换(huan)成功(gong)(gong)率MOSFET，这(zhei)样就(jiu)变成了有源(yuan)箝(qian)位反激变换(huan)器，通过磁化曲线在第一、第三象限交替工作，将(jiang)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)电路(lu)(lu)的(de)电容(rong)Cc吸(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)的(de)电压(ya)尖(jian)峰能量(liang)，回(hui)馈到输入电压(ya)，从而实现系统(tong)的(de)正常工作。

图1：传(chuan)统(tong)的硬开关反激变换器

图2：有源箝位反(fan)激变换(huan)器

有源箝位反激变换器工作原理

非连续模式DCM有源(yuan)箝(qian)位反(fan)激变换器电路结构及相关(guan)波(bo)形如(ru)图(tu)2、图(tu)3所示，图(tu)中的各(ge)个元件定义如(ru)下(xia)。

Lm：变(bian)压器初级激磁电感(gan)

Lr：变压器初(chu)级漏感

Lp：变压器初级总电感，Lp=Lm+Lr

n：变压器初(chu)级(ji)和次(ci)级(ji)的匝比，n=Np/Ns

Q1：主功率开关管，DQ1、CQ1为(wei)Q1寄生体二(er)极管和寄生输(shu)出电容

Qc：箝位开(kai)关管(guan)，DQc、CQc为Qc寄生(sheng)体二极管(guan)和寄生(sheng)输出电容

Do：次(ci)级(ji)输出整流二(er)极(ji)管

Cc：箝位电(dian)容

Cr：CQ1、CQc以及其它杂散谐振电容Cto总和，Cr=CQ1+CQc+Cto

Cc1：Cc1=Cc+CQ1+Cto

Vsw：Q1的D、S两端电压

Vin：输入直流(liu)电(dian)压

Vo：输(shu)出直(zhi)流电(dian)压

VC：箝位电(dian)容电(dian)压

每个(ge)开关周期(qi)根据其工(gong)作状态可(ke)以分(fen)为8个(ge)工(gong)作模(mo)式，各个(ge)工(gong)作模(mo)式的状态及(ji)等效电路图(tu)分(fen)别讨论(lun)如下。

图(tu)3：有(you)源箝(qian)位(wei)反激变(bian)换器波形(非(fei)连续模(mo)式DCM)

(1)模式1：t0-t1

在t0时刻，Q1处于(yu)导通(tong)状(zhuang)态(tai)，Qc、Do保持关断状(zhuang)态(tai)。Lp两端(duan)所(suo)加的电压为Vin，Lp激磁，其电流从0开始，随着时间线(xian)性上升。

图4：模式1(Q1导通，Qc、Do关断(duan))

(2)模式2：t1-t2

在(zai)t1时(shi)刻(ke)，Q1关(guan)断，Qc、Do保持关(guan)断状态(tai)。Q1关(guan)断后，Lp和Cr谐(xie)振(zhen)，激磁电流(liu)对CQ1充电，对CQc放(fang)电，Vsw电压谐(xie)振(zhen)上升。

图5：模式2(Q1、Qc、Do关断(duan))

(3)模式5：t4-t5

在(zai)t4时刻，Lr的电(dian)流(liu)谐振下(xia)(xia)降(jiang)到(dao)0，Do、Qc保持导(dao)通状(zhuang)态，Q1保持关(guan)断状(zhuang)态。Lr的电(dian)流(liu)下(xia)(xia)降(jiang)到(dao)0后，Lr和Cc1反(fan)(fan)(fan)向(xiang)(xiang)谐振，就是Cc对Lr反(fan)(fan)(fan)向(xiang)(xiang)激磁(ci)，Cc、CQ1放电(dian)，Vsw电(dian)压、VC电(dian)压谐振下(xia)(xia)降(jiang)，Lr的电(dian)流(liu)从0开(kai)始反(fan)(fan)(fan)向(xiang)(xiang)谐振上升，到(dao)达反(fan)(fan)(fan)向(xiang)(xiang)的最(zui)大值(zhi)后继续(xu)谐振，其反(fan)(fan)(fan)向(xiang)(xiang)电(dian)流(liu)的绝对值(zhi)下(xia)(xia)降(jiang)，而Lm继续(xu)向(xiang)(xiang)输出负(fu)载释放能(neng)量，电(dian)流(liu)保持线性下(xia)(xia)降(jiang)。?

(4)模式6：t5-t6

在t5时刻(ke)，Lm的(de)电(dian)流降(jiang)低为0，Lm电(dian)感储存(cun)能(neng)量(liang)全部释(shi)放(fang)(fang)完毕(bi)，Do自然关断(duan)，Qc保持导(dao)通状态，Q1保持关断(duan)状态。Do关断(duan)后，输出反(fan)射(she)电(dian)压n?Vo断(duan)开(kai)，此时，Lm又重新串(chuan)联进入到谐振回路，Lp和(he)Cc1谐振，Vc电(dian)压反(fan)向(xiang)加在Lp，Cc放(fang)(fang)电(dian)对Lp反(fan)向(xiang)激磁，Lm的(de)电(dian)流过0后和(he)Lr一起继续反(fan)向(xiang)增加。

在Do关断瞬间(jian)，Lr的电流(liu)(liu)有(you)一(yi)个(ge)高频振荡换流(liu)(liu)的过(guo)程，在这个(ge)过(guo)程中(zhong)，Lr的电流(liu)(liu)快速下降(jiang)到几乎(hu)为0、和(he)Lm电流(liu)(liu)相等(deng)的过(guo)程，其中(zhong)一(yi)部分能(neng)量转(zhuan)(zhuan)送到输(shu)出负载(zai)，另一(yi)部分能(neng)量转(zhuan)(zhuan)移到Lm。

(5)模式7：t6-t7

在(zai)t6时刻，关断Qc，Do、Q1保持关断状(zhuang)态。Qc关断后，Lp和Cr谐(xie)振，Lp的电(dian)流(liu)对(dui)CQc充(chong)电(dian)，对(dui)CQ1放(fang)电(dian)。?

图8：模式7(QQc、Q1、Do关断)

在t6-t7中间(jian)某(mou)一时刻tn，对(dui)应的(de)Vsw电(dian)(dian)压(ya)为(wei)(wei)Vin：①t6-tn期(qi)间(jian)，Lp所加电(dian)(dian)压(ya)为(wei)(wei)负，其电(dian)(dian)流谐(xie)(xie)振下降，其反(fan)向电(dian)(dian)流的(de)绝对(dui)值(zhi)进一步增(zeng)加。②tn-t7期(qi)间(jian)，从tn时刻开始，Lp所加电(dian)(dian)压(ya)为(wei)(wei)正，其电(dian)(dian)流谐(xie)(xie)振上(shang)升，其反(fan)向电(dian)(dian)流的(de)绝对(dui)值(zhi)降低(di)。

（6）模式8：t7-t0在t7时(shi)刻，CQ1放电到(dao)(dao)0，Vsw电压为0，D1自然导(dao)通续流(liu)(liu)(liu)(liu)，将(jiang)Vsw电压箝位到(dao)(dao)0，Do、Qc保持(chi)关(guan)断状态。D1导(dao)通后，Lp两端所加的电压为Vin，Lp的电流(liu)(liu)(liu)(liu)从负值线性上升，其电流(liu)(liu)(liu)(liu)绝(jue)对值进一(yi)步(bu)降低(di)，直到(dao)(dao)降低(di)为0，完成一(yi)个开(kai)关(guan)周期(qi)。然后，Lp的电流(liu)(liu)(liu)(liu)继续正(zheng)向(xiang)激磁(ci)，从0开(kai)始(shi)正(zheng)向(xiang)线性上升，开(kai)始(shi)下(xia)一(yi)个开(kai)关(guan)周期(qi)。

图9：模式(shi)8(D1导通，Q1、Do关断)

在(zai)t7-t0期间任一时(shi)刻，开(kai)通Q1，由于D1?处于导通状态，其两端电压(ya)为0，因此Q1的开(kai)通就(jiu)是(shi)零电压(ya)开(kai)通ZVS。

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