关于谐振开关电源的实验成功了，上来晒晒
时间：10-02
整理：3721RD
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今天终于把谐振开关电源的实验做成功，恰巧今天是2012年的12月21日， 明天将是新纪元的开始。
做这个电源的灵感来自于一个电感滤波器，大家都知道滤波器中有直流分量导致磁芯中的可用磁通量所剩无几，当时的想法就是消除这个直流分量造成的影响。当这个滤波器做出来后，就意识到谐振变压器也可以设计出来。
在此之前对电源一窍不通，这两个月来在这个论坛上学习了好多，有的大师真的很赞，对问题看得很透，对各位大师的无私奉献深表感激，等专利申请下来我也会将我的原理图和工作原理告诉大家以示谢意。
先介绍一下这个谐振开关电源的特点：
1 用器件少，一个变压器、两个开关管、两个二极管、一个输入小电容(和变压器电感产生谐振频率用)、一个输出滤波电容，一个控制芯片(用的是单片机)，无需反馈电路。
2 控制方式简单，只需控制单片机的输出频率即可(50%占空比方波)，采样变压器一抽头，输出二极管采用不同的接法可分别实现恒压和恒流功能(正激就是恒压源反激就是恒流源)
3 高效率，开关管工作在软开关模式下，开和关的过程都是处于软开关状态，实现这个效果就是由这个新的电路拓扑产生的。
4 小尺寸，这个电路拓扑的关键是变压器，影响整机尺寸大小的也是变压器。变压器尺寸受两个因素的影响：一是频率，当工作于软开关状态下，开关损耗可以无视，只受磁芯高频损耗影响。二是调压范围，如果输入和输出要求的可调范围不宽的话变压器中的电感就可以做的很小，变压器的尺寸也就很小。
5 功能扩展，用这个电路可以实现逆变器功能，同样不需要反馈不需要复杂的控制电路。
测试的结果：
输入输出端没有纹波(在示波器上没看到)
开关管上几乎没有热量，开关管两端的波形为方波(无反冲高压小脉冲)
空载时电流表指针几乎不动
磁芯用的是铁氧体，20K以下能听见啸叫声大于20K就听不见了
有人可能会说：你就吹吧你哪有这么好的东西。我也不是太敢相信，可是实验结果在这，效果就是理想中的那么好。
绿线为输出21V，红线是输入5V ，黄线是三极管端电压
参数：
输入5V 输出23V
变压器匝数比 输入：输出=26:260
上管9012 下管5A的NPN管
波形分析：
上管曲线不理想，是因为9012功率太小，选下半轴来分析。
黑色斜杠杠的区域为无功功率区，红色斜杠杠区域为有功区(即输出功率)
最下边绿色 区域为下开关管的损耗(导通损耗+开关损耗)
输出电压=U*N2/N1
输出电流=I*N1/N2
做恒压源用就控制U恒定，做横流源用就控制I恒定
板子正面：一个单片机 一个LM324采样，两个三极管(另外的是以前实验时留下的没拆掉)，一个变压器 几个小电容
电流小于20mA(前面的50mA是单片机所消耗的)
反面： 两个二极管
示波器上的波形照片
波形是在150KHz下测得，手上没有电流探头，用的是串电阻测电压法。
在电源VCC和上管的集电极间串联一个2欧姆的电阻，在下管发射极和地之间也串联一个2欧姆电阻，电阻上的电压值就反应了电流值。
黄线是三极管端电压，绿线是上管电流，红线是下管电流
这是负载重的时候测得的电流波形，上下管都为D965三极管(40V 5A 0.75W)
此时的输出功率为1.5W
从实验波形上能发现一个现象，上下管的电流是对称的，他们的等效值就是一条直线。
上管电流增加的时候下管电流在减小，下管电流增加的时候上管电流在减小，开关管不受应力作用，处于软开关状态。当开关电源内部的等效电流是直流的时候，说明内部处于谐振状态，谐波都限制在电源内部，所以输入和输出部分没有纹波。
随便说说，说错了还望指正，俺还是个技工。
这个是LLC谐振电路的波形，在我设计的电路中也有这样的波形(不一定有这好看，我的上下三极管驱动功率对称性不好)。这上面正弦波并非电流波形，确切的说是变压器抽头电压。至于正弦波为什么会有断层，问题出在上下管的激励路径不同参数差异。
(LLC局限性输入输出的电压比是一定的，不然就破坏了正弦状态，还有个问题输出功率不高。 这句话是不对的，在论坛上看别人是这么说的，实践发现不是这样的)
下面我用我的波形来说明一下，各位给指点指点
波形不好看这是个不争的时候，这里我要说明一下为什么都谐振了波形还不好看。
之前的波形是在150KHz下测得的，驱动的不给力导致了波形的其丑无比，现在有频率为40KHz的波形波
黄色的是三极管端电压，紫色的是电流波形。
先看下管方波的谷底，电流波形几乎是直线，上管电压波形不理想(NPN管驱动没做好)
上管的电流跟上管是电压波形是对称的，假如上管驱动很理想电压波形很好，那么上管的电流波形也将是一条直线，那么就证明谐振发生的时候内部电流等效值为直流。
或许可以用内部电流等效值是否为直流来衡量是否发生谐振。
至于那个正弦波，只是谐振发生时的一种临近状态，当频率很高的时候是三角波，当频率很低的时候是多次谐波(漏感的尖峰脉冲可能就是这个产生机理)
这两幅图是不同频率下的波形图(电路参数做过调整，第一幅图是低频第二副图是高频)。紫线为 变压器抽头测得的电压波形。
有图可见，随着频率的降低紫线波形向着临近状态移动，波形也由三角波向正弦波变化，当频率等于谐振频率的时候完美的谐振波形就出现了。(明天我实验一下)。
(低于谐振频率的称之为DCM，谐波从输出端流出，输出脉动大。
高于谐振频率的称之为CCM，(谐波从输入端流出，(或者反冲电压大?))变压器中有直流分量
等于谐振频率的就是谐振了，谐波都在内部，输入输出无纹波。
现有的LLC拓扑的局限性就是不能变频不能调压只能变压，功能就相当于把一个工频变压器小型化。
这段说的不准确，对于PWM调脉宽的是上面的情况
)
我设计的新拓扑能变频能调压的
实验波形，从波形上看只有半正弦波。 分析一下这个电路磁芯只用来两个象限，利用率只有一半，曲线也只有一半。
这是我们常用的输出DC情况下，如果输出为AC那么磁芯的另一半就会利用上，曲线就会变成一个完整的正弦波曲线。
实验波形，从波形上看只有半正弦波。 分析一下这个电路磁芯只用来两个象限，利用率只有一半，曲线也只有一半。
这是我们常用的输出DC情况下，如果输出为AC那么磁芯的另一半就会利用上，曲线就会变成一个完整的正弦波曲线。
万变不离其宗，这个电路也是那几个基本电路的变形。在实验中发现了一些现象，涉及到正激反激的一些现象，这里分析一下，大家给论证一下是否正确。
1 当电路处于谐振的时候输出功率不随负载变化
2 当电路频率降低与谐振频率，输出功率随负载阻值的变大而变大
这时就是反激变压器，相当于电流源。
3当电路频率高于谐振频率，输出功率随负载阻值的变大而变小
这时是正激变压器，相当于电压源。
4控制方式可调频、调宽(占空比)，当不知为何调频的少?不容易控制吗?
这里所说的电流源电压源是针对初级控制的，现在流行的采用次级采样光耦隔离就无所谓电流源还是电压源了。
做这个电源的灵感来自于一个电感滤波器，大家都知道滤波器中有直流分量导致磁芯中的可用磁通量所剩无几，当时的想法就是消除这个直流分量造成的影响。当这个滤波器做出来后，就意识到谐振变压器也可以设计出来。
在此之前对电源一窍不通，这两个月来在这个论坛上学习了好多，有的大师真的很赞，对问题看得很透，对各位大师的无私奉献深表感激，等专利申请下来我也会将我的原理图和工作原理告诉大家以示谢意。
先介绍一下这个谐振开关电源的特点：
1 用器件少，一个变压器、两个开关管、两个二极管、一个输入小电容(和变压器电感产生谐振频率用)、一个输出滤波电容，一个控制芯片(用的是单片机)，无需反馈电路。
2 控制方式简单，只需控制单片机的输出频率即可(50%占空比方波)，采样变压器一抽头，输出二极管采用不同的接法可分别实现恒压和恒流功能(正激就是恒压源反激就是恒流源)
3 高效率，开关管工作在软开关模式下，开和关的过程都是处于软开关状态，实现这个效果就是由这个新的电路拓扑产生的。
4 小尺寸，这个电路拓扑的关键是变压器，影响整机尺寸大小的也是变压器。变压器尺寸受两个因素的影响：一是频率，当工作于软开关状态下，开关损耗可以无视，只受磁芯高频损耗影响。二是调压范围，如果输入和输出要求的可调范围不宽的话变压器中的电感就可以做的很小，变压器的尺寸也就很小。
5 功能扩展，用这个电路可以实现逆变器功能，同样不需要反馈不需要复杂的控制电路。
测试的结果：
输入输出端没有纹波(在示波器上没看到)
开关管上几乎没有热量，开关管两端的波形为方波(无反冲高压小脉冲)
空载时电流表指针几乎不动
磁芯用的是铁氧体，20K以下能听见啸叫声大于20K就听不见了
有人可能会说：你就吹吧你哪有这么好的东西。我也不是太敢相信，可是实验结果在这，效果就是理想中的那么好。
绿线为输出21V，红线是输入5V ，黄线是三极管端电压
参数：
输入5V 输出23V
变压器匝数比 输入：输出=26:260
上管9012 下管5A的NPN管
波形分析：
上管曲线不理想，是因为9012功率太小，选下半轴来分析。
黑色斜杠杠的区域为无功功率区，红色斜杠杠区域为有功区(即输出功率)
最下边绿色 区域为下开关管的损耗(导通损耗+开关损耗)
输出电压=U*N2/N1
输出电流=I*N1/N2
做恒压源用就控制U恒定，做横流源用就控制I恒定
板子正面：一个单片机 一个LM324采样，两个三极管(另外的是以前实验时留下的没拆掉)，一个变压器 几个小电容
电流小于20mA(前面的50mA是单片机所消耗的)
反面： 两个二极管
示波器上的波形照片
波形是在150KHz下测得，手上没有电流探头，用的是串电阻测电压法。
在电源VCC和上管的集电极间串联一个2欧姆的电阻，在下管发射极和地之间也串联一个2欧姆电阻，电阻上的电压值就反应了电流值。
黄线是三极管端电压，绿线是上管电流，红线是下管电流
这是负载重的时候测得的电流波形，上下管都为D965三极管(40V 5A 0.75W)
此时的输出功率为1.5W
从实验波形上能发现一个现象，上下管的电流是对称的，他们的等效值就是一条直线。
上管电流增加的时候下管电流在减小，下管电流增加的时候上管电流在减小，开关管不受应力作用，处于软开关状态。当开关电源内部的等效电流是直流的时候，说明内部处于谐振状态，谐波都限制在电源内部，所以输入和输出部分没有纹波。
随便说说，说错了还望指正，俺还是个技工。
这个是LLC谐振电路的波形，在我设计的电路中也有这样的波形(不一定有这好看，我的上下三极管驱动功率对称性不好)。这上面正弦波并非电流波形，确切的说是变压器抽头电压。至于正弦波为什么会有断层，问题出在上下管的激励路径不同参数差异。
(LLC局限性输入输出的电压比是一定的，不然就破坏了正弦状态，还有个问题输出功率不高。 这句话是不对的，在论坛上看别人是这么说的，实践发现不是这样的)
下面我用我的波形来说明一下，各位给指点指点
波形不好看这是个不争的时候，这里我要说明一下为什么都谐振了波形还不好看。
之前的波形是在150KHz下测得的，驱动的不给力导致了波形的其丑无比，现在有频率为40KHz的波形波
黄色的是三极管端电压，紫色的是电流波形。
先看下管方波的谷底，电流波形几乎是直线，上管电压波形不理想(NPN管驱动没做好)
上管的电流跟上管是电压波形是对称的，假如上管驱动很理想电压波形很好，那么上管的电流波形也将是一条直线，那么就证明谐振发生的时候内部电流等效值为直流。
或许可以用内部电流等效值是否为直流来衡量是否发生谐振。
至于那个正弦波，只是谐振发生时的一种临近状态，当频率很高的时候是三角波，当频率很低的时候是多次谐波(漏感的尖峰脉冲可能就是这个产生机理)
这两幅图是不同频率下的波形图(电路参数做过调整，第一幅图是低频第二副图是高频)。紫线为 变压器抽头测得的电压波形。
有图可见，随着频率的降低紫线波形向着临近状态移动，波形也由三角波向正弦波变化，当频率等于谐振频率的时候完美的谐振波形就出现了。(明天我实验一下)。
(低于谐振频率的称之为DCM，谐波从输出端流出，输出脉动大。
高于谐振频率的称之为CCM，(谐波从输入端流出，(或者反冲电压大?))变压器中有直流分量
等于谐振频率的就是谐振了，谐波都在内部，输入输出无纹波。
现有的LLC拓扑的局限性就是不能变频不能调压只能变压，功能就相当于把一个工频变压器小型化。
这段说的不准确，对于PWM调脉宽的是上面的情况
)
我设计的新拓扑能变频能调压的
实验波形，从波形上看只有半正弦波。 分析一下这个电路磁芯只用来两个象限，利用率只有一半，曲线也只有一半。
这是我们常用的输出DC情况下，如果输出为AC那么磁芯的另一半就会利用上，曲线就会变成一个完整的正弦波曲线。
实验波形，从波形上看只有半正弦波。 分析一下这个电路磁芯只用来两个象限，利用率只有一半，曲线也只有一半。
这是我们常用的输出DC情况下，如果输出为AC那么磁芯的另一半就会利用上，曲线就会变成一个完整的正弦波曲线。
万变不离其宗，这个电路也是那几个基本电路的变形。在实验中发现了一些现象，涉及到正激反激的一些现象，这里分析一下，大家给论证一下是否正确。
1 当电路处于谐振的时候输出功率不随负载变化
2 当电路频率降低与谐振频率，输出功率随负载阻值的变大而变大
这时就是反激变压器，相当于电流源。
3当电路频率高于谐振频率，输出功率随负载阻值的变大而变小
这时是正激变压器，相当于电压源。
4控制方式可调频、调宽(占空比)，当不知为何调频的少?不容易控制吗?
这里所说的电流源电压源是针对初级控制的，现在流行的采用次级采样光耦隔离就无所谓电流源还是电压源了。
还想恭喜小编呢 原来是转帖呀
还想恭喜小编呢 原来是转帖呀
感谢分享
谢谢分享
顶顶顶顶顶顶顶
不错呢
感谢分享
顶一个！好东西。
学习...
好贴 说的很详细
不错，呵呵
谢谢分享
好贴 说的很详细
完全看不懂