一種Flyback軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法

T為開關(guān)周期。

則激磁電感電流的最大值和最小值可以表示為：

I_Lmmax=(VinDT)/2L_m＋I_o/n（2）

I_Lmmin=(VinDT)/2L_m－I_o/n（3）

式中：I_o是負(fù)載電流。

從上面的原理分析中可以看到S₁的軟開關(guān)條件是由|I_Lmmin|使S₁的輸出結(jié)電容放電，同時通過變壓器對S₂的輸出結(jié)電容充電來創(chuàng)造的；而S₂的軟開關(guān)條件是由|I_Lmmax|對S₁的輸出結(jié)電容充電，同時通過變壓器使S₂的輸出結(jié)電容放電來創(chuàng)造的。

S₁及S₂的軟開關(guān)極限條件為儲存在L_m上的能量對S₁和S₂的輸出結(jié)電容充放電，足以令其中一結(jié)電容放電到零，而另一結(jié)電容充電到最大。

這樣S₁的極限條件為

(nV_o＋V_in)²(=)L_m（4）

S₂的極限條件為

(nV_o＋V_in)²(=)L_m（5）

式中：C₁，C₂分別為S₁和S₂的輸出結(jié)電容。

由于在實(shí)際電路中死區(qū)時間比較小，因此可以近似認(rèn)為在死區(qū)時間內(nèi)電感L_m上的電流保持不變，即為一個恒流源對開關(guān)管的結(jié)電容進(jìn)行放電。在這種情況下的軟開關(guān)條件稱為寬裕條件。

S₁的寬裕條件為

(nV_o＋V_in)≤|I_Lmmin|t_dead1（6）

S₂的寬裕條件為

(nV_o＋V_in)≤|I_Lmmax|t_dead2（7）

式中：t_dead1，t_dead2分別為S₁及S₂開通前的死區(qū)時間。

由于能量由電源向負(fù)載傳送，即負(fù)載電流I_O>0，比較式（2）與式（3）可知|I_Lmmax|>|I_Lmmin|，特別是在滿載時，|I_Lmmax|>>|I_Lmmin|。所以S₂的軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)比S₁要容易得多。因此在具體的實(shí)驗設(shè)計中，關(guān)鍵是要設(shè)計S₁的軟開關(guān)條件。首先確定可以承受的最大死區(qū)時間，然后根據(jù)式(6)及式(3)推算出激磁電感量L_m。在能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的前提下，L_m不宜太小，以免造成開關(guān)管上過大的電流有效值，使開關(guān)的導(dǎo)通損耗過大。

3 實(shí)驗結(jié)果

設(shè)計了一個48V輸入、5V/5A輸出的帶輔助繞組的Flyback電路模型，給出了實(shí)驗結(jié)果，進(jìn)一步驗證了上述軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法的正確性。該變換器的規(guī)格和主要參數(shù)如下：

輸入電壓V_in 48V；

輸出電壓V_o 5V；

輸出電流I_o 0～5A；

工作頻率f 100kHz；

主開關(guān)S₁，S₂ IRF730，IRFZ44；

激磁電感L_m 70μH；

變壓器原副邊及輔助繞組匝數(shù)比 26∶4∶4。

圖4分別給出了輕載（1A）及滿載（5A）時的實(shí)驗波形，從圖4（g）～圖4（j）可以看到開關(guān)管S₁及S₂在輕載和滿載時都實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)。

（a）Current of D(1A) （b）Current of D(5A)

（c）Current of S₂(1A) （d）Current of S₂(5A)

（e）Current of S₁(1A) （f）Current of S₁(5A)

（g）Soft switching of S₁(1A) （h）Soft switching of S₁(5A)

（i）SoftswitchingofS2(1A) （j）SoftswitchingofS2(5A)

圖4 實(shí)驗波形

4 結(jié)語

本文分別分析了電路工作在輕載及滿載時的情況，即輸出整流二極管分別處于斷續(xù)及連續(xù)狀態(tài)，此兩種狀態(tài)分別有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，斷續(xù)狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)二極管的零電流關(guān)斷，但其電流應(yīng)力較高，而連續(xù)狀態(tài)則剛好相反。因此，可以根據(jù)具體的需要，將電路設(shè)計在其中一個狀態(tài)或跨越兩種狀態(tài)。