正激功率變換器磁復(fù)位技術(shù)分析研究

(1) t3~t4：t3時刻，Vds上升到箝位電壓Vc與Vi之和Dc開通，設(shè)開關(guān)頻率

，即箝位電壓基本保持不變。

(2) t4~t5：t4時刻磁化電流降為零，隨后變負(fù)，箝位開關(guān)Sc導(dǎo)通，Sc實(shí)現(xiàn)零電壓ZVS開通。

(3) t5~t6：t5時刻，Lm與Cs開始諧振，以負(fù)值磁化電流放電，能量回饋到電網(wǎng)及轉(zhuǎn)移到Lm中。

通過上述分析可知，功率開關(guān)S的電壓應(yīng)力為：

在相同的N、Vo下，當(dāng)輸入電源電壓Vi增大時，占空比d減少，功率開關(guān)S電壓應(yīng)力變化不大，如圖3所示。一般選dmax=0.75。該特點(diǎn)(d>0.5，但Vds變化不大)使得它很適用于寬輸入電源電壓的場合。

這種電路的優(yōu)點(diǎn)是：1、變壓器雙向?qū)ΨQ磁化，提高鐵心利用率，減少體積與重量;2、占空比d>0.5，開關(guān)管電壓應(yīng)力低，適合輸入電壓范圍比較寬的應(yīng)用場合;3、箝位開關(guān)管是零電壓開關(guān);4、勵磁能量和漏感能量全部回饋電網(wǎng)。其不足是：1、增加了一個箝位開關(guān)管，增加了控制電路的復(fù)雜性;2、在電路設(shè)計(jì)上需要給出一個與主開關(guān)功率管驅(qū)動電路隔離能給出可控占空比的驅(qū)動電路;3、主功率開關(guān)管的零電壓開通明顯與負(fù)載有關(guān)。

5.自動復(fù)位技術(shù)

有源箝位雖然有著許多優(yōu)點(diǎn)，但是如果有源箝位電路設(shè)計(jì)不準(zhǔn)確，在輸入電壓和負(fù)載瞬間變化時，尖峰箝位電壓和勵磁電流會使初級側(cè)開關(guān)承受過大的電壓應(yīng)力并使鐵芯飽和。另外可能會產(chǎn)生的一個問題是，當(dāng)主開關(guān)開通時，瞬間的正向勵磁電流會使箝位開關(guān)的體二級管導(dǎo)通，又由于箝位電容和箝位開關(guān)體二級管的低阻抗電流路徑，這樣Vi、Cc、Dc、S就形成了通路，導(dǎo)致整個電路的失敗。而采用自動復(fù)位技術(shù)不會產(chǎn)生上述的問題，同樣也可消除變壓器飽和。其電路原理圖如圖5所示。圖中所示的正激變換器包括箝位電容Cr，同步整流管S2。從圖中可以看出，與有源箝位復(fù)位電路相比，電路沒有增加任何元件。使用同步整流管的目的是為了獲得效率的充分增加。

下面把一個開關(guān)周期分為4個工作模態(tài)進(jìn)行分析，對應(yīng)的等效電路如圖6，圖8所示的是其相應(yīng)的波形。

(1)開關(guān)模態(tài)1(圖6(a))

在t1時段，S1導(dǎo)通，D1導(dǎo)通，輸入電流流過箝位電容，iLo流過二次繞組，幅值為一次側(cè)電流的1/n ，箝位電容上電壓VCr為：

二次側(cè)繞組上的電壓為：

(2)開關(guān)模態(tài)2 (圖6(b))

在t2時段，S1關(guān)斷，在此階段，開關(guān)S1寄生電容上的能量，變壓器的漏磁和勵磁能量通過S2的體二極管向Cr釋放。此過程可以確保在下一個開關(guān)周期開始前，開關(guān)管ZVS開關(guān)，而且變壓器復(fù)位。二次側(cè)儲存在輸出電感上的能量通過續(xù)流二極管D2流動，以此來給負(fù)載提供能量。

(3)開關(guān)模態(tài)3　(圖6(c))

在t3 時段，S2開通，勵磁電流流過初級側(cè)，二次側(cè)電流以-Vo/Lo的斜率線性下降，直到主開關(guān)管再次開通。

(4)開關(guān)模態(tài)4 (圖6(d))

在t4時段，S1，S2均關(guān)斷，S1的體二極管導(dǎo)通，在此階段，S2上寄生電容儲存的能量釋放完畢，勵磁電感完全復(fù)位。

箝位電容電壓的平均值，初級側(cè)勵磁電流的平均值，以及輸出電容電壓和輸出電感電流的平均值分別表示如下：

上面式中rs1為S1的導(dǎo)通電阻，rD1是D1的導(dǎo)通電阻，Ro是負(fù)載電阻。

通過以上分析，可知此復(fù)位技術(shù)可使變壓器自動復(fù)位，除了具有有源箝位技術(shù)的有點(diǎn)外，主開關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電壓開通，同時使用的同步整流管S2，也是零壓開通，提高效率。其不足是主開關(guān)管和同步整流開關(guān)驅(qū)動之間需要一個延時電路，若同步整流使用外驅(qū)動，雖然能提高效率，但也會增加控制電路的復(fù)雜性。資料[7]顯示在輸出電壓1.2伏，輸出電流為10A，自動復(fù)位技術(shù)的效率將大于有源箝位技術(shù)如圖(8)所示。

6.結(jié) 語

本文介紹了幾種正激變換器的磁復(fù)位技術(shù)，其中多諧振復(fù)位技術(shù)利用諧振技術(shù)使得所有開關(guān)管實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，但同時帶來了主開關(guān)管電壓應(yīng)力高，導(dǎo)通損耗增大的缺點(diǎn)。一般用在開關(guān)頻率高于250KHZ的場合;RCD復(fù)位技術(shù)電路簡單，但磁場能量被電阻白白消耗，效率低，且開關(guān)管還要承受較大的電壓電流應(yīng)力;有源箝位技術(shù)使得開關(guān)管不承受過大的應(yīng)力，變壓器雙向?qū)ΨQ磁化，鐵芯利用率高。但主開關(guān)管是硬開通，存在開通損耗，適合輸入電壓范圍較寬的場合;自動復(fù)位技術(shù)在有源箝位電路的基礎(chǔ)上，不增加任何元器件，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開通，變壓器同樣工作在一三象限，磁介質(zhì)利用充分，同時使用同步整流技術(shù)能夠使得效率充分提高。