功率開關(guān)對電源效率的影響分析

當(dāng)S1 關(guān)斷，則開始模式 3，由于S2 的輸出電容被放電，故 vT1 也減小，最終，當(dāng) S2 輸出電容電壓等于 VCb. 時，它變?yōu)榱?。同時，由于 SR2 的反向偏置電壓消除，因此它的體二極管開啟導(dǎo)通。然后，兩個 SR 在這個模式中一起導(dǎo)通。S2 的體二極管在 S2 的輸出電容和 S1 的輸出電容完全放電后導(dǎo)通，由于兩個 SR 均導(dǎo)通，iLO1 和 iLO2 均為續(xù)流，斜率分別為 –VO/LO1 和 –VO/LO2, ，而 vT1 和 vT2 均為零。由于 VCb 僅僅施加在漏電感上，它引起初級電流的極性快速變化。在 S2 的體二極管導(dǎo)通后 S2 開啟， 從而實現(xiàn) S2 的 ZVS 運(yùn)作，這個模式的持續(xù)時間為

(1)

模式 4 是另一個充電模式，在各個 SR 之間的換向結(jié)束時開始，在變壓器初級端施加的電壓為–VCb ，因而勵磁電流以斜率 –VCb/Lm 減少，iLO2 的斜率為 (VCb/n-VO)/LO2。其它的電感電流是通過 SR2 的續(xù)流?？蓮膱D2看出，由于異相 (out-of-phase) 作用，每個輸出電感的大紋波電流得以消除。因而，相比中心抽頭式或橋式整流配置，它可以在電流倍增器配置中使用兩個較小的電感。

當(dāng) S2 關(guān)斷，模式 1 作為另一個重建模式而開始，模式 1 的運(yùn)作原理幾乎與模式 3 相同，只有 ZVS 狀況例外。在模式 1 中，當(dāng) S1 的輸出電容電壓等于 Vin-VCb 的瞬間，vT1 成為零。在這個瞬間之前，輸出電感 LO2 上的負(fù)載電流反射到變壓器的初級端，有助于實現(xiàn)開關(guān)的 ZVS 運(yùn)作。與此相反，存儲在漏電感中的能量僅在這個瞬間之后對輸出電容進(jìn)行放電和充電。因而，S1的 ZVS 運(yùn)作較 S2 更為穩(wěn)固，因為通常 Vin-VCb 高于 VCb ，除此之外，可以與模式 3 相同的方式進(jìn)行分析，模式 1 的延續(xù)時間為

(2)

使用公式 (1) 和 (2) 詳細(xì)計算輸出電壓

(3)

VSR 是 SR 處于充電模式時 MOSFET 兩端的電壓。

im 的 DC 和紋波成分可從下式獲得：

(4)

(5)

這里，ILO1　和 ILO2 是輸出電感電流的 DC 成分。

設(shè)計示例和實驗結(jié)果

在本節(jié)中討論一個設(shè)計示例，目標(biāo)系統(tǒng)是輸出電壓為 12V 和輸出負(fù)載電流為 30A 的 PC 電源，由于輸入通常來自功率因數(shù)校正 (PFC) 電路，輸入電壓的范圍并不寬泛，目標(biāo)規(guī)范如下：

標(biāo)稱輸入電壓：390 VDC

輸入電壓范圍：370 VDC ~ 410 VDC

輸出電壓：12 V

輸出電流：30 A

開關(guān)頻率：100 kHz

圖3360 W PC電源的設(shè)計示例 (12 V, 30 A)

圖 3 所示為參考設(shè)計的完整原理圖，變壓器的電氣特性如表 1 所示。

表 I所設(shè)計變壓器的電氣特性