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一種帶輔助變壓器的Flyback變換器ZVS軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)方案

作者: 時(shí)間:2011-03-26 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1)階段1〔t0~t1〕 該階段,S1導(dǎo)通,Lm與Lmr串聯(lián)承受輸入電壓,流過(guò)Lm及Lmr的電流線性上升。此時(shí)間段

Vds2=Vin+Vo+Vin(1)

式中:Vds2為S2的漏源電壓;

Vo為輸出電壓;

N1為T原邊繞組匝數(shù);

N2及N3為T副邊兩個(gè)繞組匝數(shù);

n1及n2為Tr原副邊兩個(gè)繞組匝數(shù)。

2)階段2〔t1~t2〕 t1時(shí)刻S1關(guān)斷,Lm上的電流通過(guò)T耦合到副邊,使二極管D導(dǎo)通,Lm兩端電壓被箝位在

V2=-(2)

Lm上的電流線性下降。

Lmr上的電流一部分對(duì)S1的輸出結(jié)電容Cr1充電,另一部分通過(guò)Tr耦合對(duì)S2的輸出結(jié)電容Cr2放電。t2時(shí)刻,S2的漏源電壓下降到零,該階段結(jié)束。

3)階段3〔t2~t3〕 當(dāng)S2的漏源電壓下降到零之后,S2的寄生二極管導(dǎo)通,將S2的漏源電壓箝位在零電壓狀態(tài),也就為S2的零電壓導(dǎo)通創(chuàng)造了條件。同時(shí)Lmr兩端被箝位在

V1=-Vo(3)

Lmr上電流線性下降。而S1的漏源電壓被箝位在最大電壓

Vds1max=Vin+Vo+Vo(4)

4)階段4〔t3~t4〕 t3時(shí)刻S2的門極變?yōu)楦唠娖剑琒2零電壓開通。流過(guò)寄生二極管的電流流經(jīng)S2。Lmr兩端依然承受式(3)所示電壓V1,Lmr上電流線性下降到零然后反向增加。t4時(shí)刻,S2關(guān)斷,該階段結(jié)束。此時(shí)間段

iDN3+ioN2=iLmN1(5)

io=iD+iLmr(6)

iD=(7)

io=(8)

5)階段5〔t4~t5〕 t4時(shí)刻,Lmr上的電流方向?yàn)樨?fù),此電流一部分對(duì)S1的輸出結(jié)電容Cr1放電,同時(shí),另一部分通過(guò)Tr耦合到副邊對(duì)S2的輸出結(jié)電容Cr2充電。到t5時(shí)刻,S1的漏源電壓下降到零,該階段結(jié)束。

6)階段6〔t5~t6〕 當(dāng)S1的漏源電壓下降到零之后,S1的寄生二極管導(dǎo)通,將S1的漏源電壓箝位在零電壓狀態(tài),為S1的零電壓導(dǎo)通創(chuàng)造了條件。此時(shí),Lmr上的反向電流流經(jīng)主,給流過(guò)二極管D的電流iD疊加上一個(gè)電流

ΔI(t5)=(9)

此時(shí)間段內(nèi),二極管D仍然導(dǎo)通,Lmr兩端電壓被箝位在

V1=Vin-V2=Vin+Vo(10)

Lmr上電流線性上升。而S2的漏源電壓被箝位在最大電壓

Vds2max=Vo(11)

7)階段7〔t6~t7〕 t6時(shí)刻,S1的門極變?yōu)楦唠娖?,S1零電壓開通。流過(guò)寄生二極管的電流流經(jīng)S1。由于Lmr兩端承受的電壓V1此時(shí)較大,iLmr快速上升,到t7時(shí)刻,iLmr=iLm,主耦合到副邊的電流為零,二極管D自然關(guān)斷。此時(shí)間段

= (12)

由于LmrLm,式(12)可近似為

=(13)

接著Lmr與Lm串聯(lián)承受輸入電壓,開始下一個(gè)周期??梢钥吹剑谶@種下,兩個(gè)S1和S2零電壓開通,二極管D零電流關(guān)斷。

2 軟的參數(shù)設(shè)計(jì)

假定電路工作在CCM狀態(tài)。由于S2的軟是iLmrmax對(duì)Cr1及Cr2充放電,而S1的軟開關(guān)是iLmrmin對(duì)Cr1及Cr2充放電,在電路滿載情況下,|iLmrmax|>>|iLmrmin|,而且S2的充電電壓要大于放電電壓(見圖2波形vds2),因此,S1的軟開關(guān)要比S2難得多。在參數(shù)設(shè)計(jì)中,關(guān)鍵是要考慮S1的軟開關(guān)條件。

2.1 主激磁電感Lm的設(shè)定

由于Lmr的存在,的有效占空比Deff(根據(jù)激磁電感Lm的充放電時(shí)間定義,見圖2)要小于S1的占空比D,但是,由于t4~t7時(shí)間內(nèi)iLmr的上升速度非??欤?,可近似認(rèn)為Deff=D。這樣,根據(jù)電路工作在CCM的條件

Lm>=?(14)

式中:η為效率;

fs為開關(guān)頻率;

為變換器輸出功率。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中,為了保證電路在輕載時(shí)也能工作在電流連續(xù)模式,取定

Lm=(15)

2.2 主副變壓器原副邊匝數(shù)比設(shè)定

根據(jù)LmrLm,及變換器輸入輸出關(guān)系有

(16)

而根據(jù)式(8),為了使輸出濾波前電流io在t3~t4時(shí)間段下降不要太快,最好有N3≤N2。

另外,為了保證t1時(shí)刻S1關(guān)斷時(shí)流過(guò)副邊二極管D的電流iD>0,根據(jù)式(7)有

(17)



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