1、-. z.有源箝位正激變換器電路分析設(shè)計(jì)1.引言 有隔離變換器的DC/DC變換器按照鐵芯磁化方式，可分為雙端變換器和單端變換器。和雙端變換器比擬，單端變換器線路簡單、無功率管共導(dǎo)通問題、也不存在高頻變換器單向偏磁和瞬間飽和問題，但由于高頻變換器工作在磁滯回線一側(cè)，利用率低。因此，它只適用于中小功率輸出場合。單端正激變換器是一個(gè)隔離開關(guān)變換器，隔離型變換器的一個(gè)根本特點(diǎn)是有一個(gè)用于隔離的高頻變壓器，所以可以用于高電壓的場合。由于引入了高頻變壓器極大的增加了變換器的種類，豐富了變換器的功能，也有效的擴(kuò)大了變換器的使用圍。 單端正激變換器拓?fù)湟云錁?gòu)造簡單、工作可靠、本錢低廉而被廣泛應(yīng)用于獨(dú)立的離線式

2、中小功率電源設(shè)計(jì)中。在計(jì)算機(jī)、通訊、工業(yè)控制、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，這類電源具有廣闊的市場需求。當(dāng)今，節(jié)能和環(huán)保已成為全球?qū)哪茉O(shè)備的根本要求。所以，供電單元的效率和電磁兼容性自然成為開關(guān)電源的兩項(xiàng)重要指標(biāo)。而傳統(tǒng)的單端正激拓?fù)?，由于其磁特性工作在第一象限，并且是硬開關(guān)工作模式，決定了該電路存在一些固有的缺陷：變壓器體積大，損耗大；開關(guān)器件電壓應(yīng)力高，開關(guān)損耗大；dv/dt和di/dt大等。 為了克制這些缺陷，提出了有源鉗位正激變換器拓?fù)洌瑥母旧献兞藛味苏ぷ儞Q器的運(yùn)行特性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓軟開關(guān)工作模式，從而大量地減少了開關(guān)器件和變壓器的功耗，降低了dv/dt和di/dt，改善了電磁

3、兼容性。因此，有源鉗位正激變換器拓?fù)溲杆佾@得了廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹Flyback型有源箝位正激變換器的穩(wěn)態(tài)工作原理與電路設(shè)計(jì)。2. 有源箝位正激變換器電路的介紹有源箝位正激變換器由有源箝位支路和功率輸出電路組成。有源箝位支路由箝位開關(guān)和箝位電容串聯(lián)組成，并聯(lián)在主開關(guān)或變壓器原邊繞組兩端。利用箝位電容及開關(guān)管的輸出電容與變壓器繞組的激磁電感諧振創(chuàng)造主開關(guān)和箝位開關(guān)的ZVS工作條件，并在主開關(guān)關(guān)斷期間，利用箝位電容的電壓限制主開關(guān)兩端的電壓根本保持不變，從而防止了主開關(guān)過大的電壓應(yīng)力；另一方面，在正激變換器中采用有源箝位技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)變壓器鐵芯的自動磁復(fù)位，并可以使激磁電流沿正負(fù)兩個(gè)方向流動，使

4、其工作在雙向?qū)ΨQ磁化狀態(tài)，提高了鐵芯的利用率。有源鉗位正激電路的原理圖如下所示：下面分七個(gè)階段分析其工作過程：(1)t0t1：向負(fù)邊傳輸能量階段t=t0時(shí)刻使T1導(dǎo)通，T2處于關(guān)斷階段，則D1導(dǎo)通，變壓器原邊向副邊傳輸能量，同時(shí)激磁電感Lm上的電流以斜率Ui/Lm線性上升。(2)t1t2：Cds充電階段t=t1時(shí)，T1被關(guān)斷，激磁電流iLm與變壓器原邊電流Ic/N同時(shí)對Cds充電。由于變壓器原邊電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激磁電流，電容Cds主要由原邊電流Io/N充電，可近似認(rèn)為其端電壓ud漏源。(3)t2t3：D2續(xù)流階段t=t2時(shí)，udsUi，D1關(guān)斷，D2續(xù)流。又由于Cds很小，充電時(shí)間t12=t2-t

5、1很短，可近似認(rèn)為激磁電感電流Im1在這段時(shí)間維持不變。(4)t3t4，Lm與Cds諧振階段t2時(shí)刻以后，變壓器不再向負(fù)載傳送能量，原邊電流下降為0，Lm與Cds串聯(lián)諧振，等效電路如圖1-4(d)所示。ILm與uds的本階段的變化規(guī)律為：iLmIm1cost(5)tt4，Lm與Cc諧振階段D2關(guān)斷,Lm與Cds，Cc共同諧振。由于Cc遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Cds，為簡化分析，可忽略Cds的作用，近似認(rèn)為Lm與Cc 。(6)t5t6，Lm與Cds再諧振階段T2關(guān)斷以后激磁電感Lm與Cds再次串聯(lián)諧振，其等效電路與階段(3)一樣，但由于處始條件不同，其變化規(guī)律也不同.(7)t6t7，uds下降階段t=t6時(shí)刻，

6、uds下降到Ui，D1開通，D1與D2共同導(dǎo)通期間為im在副續(xù)流提供了路徑，如uds可下降到零時(shí)，則為T1的開通創(chuàng)造了ZVS的條件。 帶Flyback箝位電路的有源箝位正激變換器的原理波形經(jīng)小信號建模得到其等效模型如下列圖所示：本電路要求的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求如下：輸入電壓：1832v 輸出電壓：100v 輸出功率：1kw 效率值：不小于0.9變壓器的設(shè)計(jì)(1) 占空比和變壓器變比確實(shí)定-. z.-. z.n1832(1832)(10010) 0.1047-. z.可得出最大占空比為：0.1047100+100.64-. z.Dma* 18磁芯的選取Pi=100*10/0.9=1111w 鐵芯窗口面積

7、W與其有效截面積Ac之積AP=WAc當(dāng)考慮繞組線圈所占面積應(yīng)于窗口面積相等，而實(shí)際占有率為35%時(shí)，AP值可計(jì)算如下：AP=16.71cm4查閱磁芯有關(guān)的資料，可選用275EI磁芯-. z.計(jì)算原邊繞組的匝數(shù)，有下式算出：Np=18*0.64/2.72*0.15*50*1000=5.7匝，取其為6匝，則取Ns=60匝 股數(shù)和線徑的計(jì)算可以得出原邊的股數(shù)-. z.r1 21.82510.53.14-. z.取r1 11。則導(dǎo)線的直徑為：-. z.1dwp 11421.8250.479mm3.14-. z.同理可得副邊的股數(shù)：-. z.r2 2.53.143.57-. z.取r2 4。則導(dǎo)線的直徑

8、為：-. z.1dws 442.50.446mm3.14-. z.電子器件的選擇功率開關(guān)管的選擇功率管選用IRF53014A/100V副邊二極管的選擇：f=50KHz二極管P*15A0215A/1500V 二極管的損耗二極管的開關(guān)損耗(反向恢復(fù))：二極管通態(tài)損耗：二極管的總損耗：MOSFET的損耗:開通損耗：關(guān)斷損耗：結(jié)電容的損耗：MOSFET的通態(tài)損耗： MOSFET總損耗：變壓器損耗:漏感損耗：直流損耗:交流損耗:磁芯損耗:變壓器損耗：電路總損耗：實(shí)際效率：5.仿真電路圖:仿真波形：主開關(guān)管和箝位開關(guān)管的時(shí)序波形：仿真波形：輸出電壓V0波形： 6.實(shí)驗(yàn)總結(jié)： 電路工作情況為：在變壓器初級繞

9、組兩端輸入電壓，傳輸能量，次級整流開關(guān)管導(dǎo)通，續(xù)流開關(guān)管關(guān)斷；在第 1 個(gè)死區(qū)，整流管的驅(qū)動電壓開場下降，但仍會導(dǎo)通一段時(shí)間，此時(shí)開關(guān)管處于不完全導(dǎo)通狀態(tài)，然后驅(qū)動電壓下降到完全關(guān)斷，此區(qū)間兩個(gè)同步整流管通過它們的體二極管開場換流，整流開關(guān)管零電壓關(guān)斷，然后續(xù)流開關(guān)管開場導(dǎo)通，續(xù)流開關(guān)管即為零電壓開通；然后進(jìn)入復(fù)位階段，續(xù)流開關(guān)管導(dǎo)通，整流開關(guān)管關(guān)斷；然后進(jìn)入第 2 個(gè)死區(qū)， 續(xù)流管零電壓關(guān)斷，二極管開場換流，整流開關(guān)管零電壓開通，然后開場下一個(gè)工作周期?？梢钥吹絻蓚€(gè)同步整流管開通關(guān)斷過程的損耗很小，此時(shí)主要的損耗來源于體二極管的導(dǎo)通損耗和由負(fù)載端大電流引起的導(dǎo)通損耗。 在設(shè)計(jì)過程中，各個(gè)器件的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。其中重點(diǎn)是有變壓器的選擇、濾波電感和輸出電容的選擇，器件的選擇適宜度和必要的裕量。在最后的仿真中，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)開關(guān)管的同步驅(qū)動信號的選擇是很關(guān)鍵的，開場仿真的時(shí)候設(shè)置的主開關(guān)管的開通區(qū)間是0:180，即占空比是50%，箝位開關(guān)管的開通區(qū)間是206:290，占空比23%，