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一種有源箝位Flyback軟開關(guān)電路設(shè)計(jì)

作者: 時間:2011-02-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:介紹了一種有源箝位Flyback變換器ZVS實(shí)現(xiàn)方法,并對其軟開關(guān)參數(shù)重新設(shè)計(jì)。該方案不但能實(shí)現(xiàn)主輔開關(guān)管的ZVS,限制輸出整流二極管關(guān)斷時的di/dt,減小整流二極管的開關(guān)損耗,同時也有效地降低了開關(guān)管的電壓應(yīng)力。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/179637.htm

關(guān)鍵詞:零電壓開關(guān);電流反向;有源箝位

 

0引言

Flyback變換器由于其電路簡單,在小功率場合被普遍采用。但是,由于變壓器漏感的存在,引起開關(guān)管上過高的電壓應(yīng)力。普通的RCD嵌位Flyback變換器其漏感能量消耗在嵌位電阻R上,開關(guān)管上電壓應(yīng)力的大小取決于消耗在嵌位電阻上能量的大小。消耗在嵌位電阻上的能量越多,開關(guān)管的電壓應(yīng)力就越低,但也影響了整個變換器的效率,因此,普通的RCD嵌位Flyback變換器總存在著開關(guān)管電壓應(yīng)力與整個變換器效率之間的矛盾。

輕小化是目前電源產(chǎn)品追求的目標(biāo)。而提高開關(guān)頻率可以減小電感、電容等元件的體積。但是,開關(guān)頻率提高的瓶頸是開關(guān)器件的開關(guān)損耗,于是軟開關(guān)技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生。一般,要實(shí)現(xiàn)比較理想的軟開關(guān)效果,都需要有一個或一個以上的輔助開關(guān)為主開關(guān)創(chuàng)造軟開關(guān)的條件,同時希望輔助開關(guān)本身也能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。

本文介紹的一種有源嵌位Flyback軟開關(guān)電路,不但能實(shí)現(xiàn)ZVS,而且也解決了前述的普通RCD嵌位Flyback變換器中存在的問題。

1 工作原理

電路如圖1所示,其兩個開關(guān)S1及S2互補(bǔ)導(dǎo)通,中間有一定的死區(qū)以防止共態(tài)導(dǎo)通。變壓器激磁電感Lm設(shè)計(jì)得較大,使電路工作在電流連續(xù)模式(CCM),如圖2的iLm波形所示。而電感Lr設(shè)計(jì)得較小(LrLm),使流過Lr的電流在一個周期內(nèi)可以反向,如圖2的iLr波形所示??紤]到開關(guān)的結(jié)電容以及死區(qū)時間,一個周期可以分為8個階段,各個階段的等效電路如圖3所示。其工作原理如下。

圖1 有源箝位Flyback變換器

圖2 主要工作波形

(a)Stage1[t0,t1] (b)Stage2[t1,t2] (c)Stage3[t2,t3]

(d)Stage4[t3,t4] (e)Stage5[t4,t5] (f)Stage6[t5,t6]

(g)Stage7[t6,t7] (h)Stage8[t7,t8]

圖3 各階段等效電路

1)階段1〔t0t1〕 該階段S1導(dǎo)通,LmLr串聯(lián)承受輸入電壓,流過LmLr的電流線性上升。

V2=Vin(1)

由于LrLm,所以式(1)可簡化為

V2Vin(2)

2)階段2〔t1t2t1時刻S1關(guān)斷,LmLr上的電流給S1的輸出結(jié)電容Cr1充電,同時使S2的輸出結(jié)電容Cr2放電。t2時刻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的寄生二極管就導(dǎo)通,將S2的漏源電壓箝位在零電壓狀態(tài)。LrLm串聯(lián)與嵌位電容Cclamp諧振,Cclamp上電壓vc緩慢上升,v2上電壓也緩慢上升。

v2=vc(3)

4)階段4〔t3t4t3時刻S2的門極變?yōu)楦唠娖?,S2零電壓開通。流過寄生二極管的電流流經(jīng)S2。此時間段依然維持LrLm串聯(lián)與嵌位電容Cclamp諧振,v2緩慢上升。

5)階段5〔t4t5t4時刻v2上升到一定的電壓使副邊二極管D導(dǎo)通,v2被嵌位在-NVo。LrCclamp諧振。在保證t5時刻Lr電流反向的情況下,其諧振周期應(yīng)該滿足

(4)

式中:toff為主開關(guān)管S1一個周期內(nèi)的關(guān)斷時間。

t5時刻S2關(guān)斷,該階段結(jié)束。

6)階段6〔t5,t6t5時刻Lr上的電流方向?yàn)樨?fù),此電流一部分使S1的輸出結(jié)電容Cr1放電,另一部分對S2的輸出結(jié)電容Cr2充電。t6時刻S1的漏源電壓下降到零,該階段結(jié)束。

7)階段7〔t6t7〕 當(dāng)S1的漏源電壓下降到零之后,S1的寄生二極管就導(dǎo)通,將S1的漏源電壓箝在零電壓狀態(tài),也就為S1的零電壓導(dǎo)通創(chuàng)造了條件。此時,Lr上的承受電壓v1

v1=VinNVo(5)

Lr上電流快速上升。流過副邊整流二極管D電流iD則快速下降。

=-N(6)

考慮到LrLm,式(6)可簡化為

=-N(7)

8)階段8〔t7,t8t7時刻S1的門極變?yōu)楦唠娖?,S1零電壓開通,流過寄生二極管的電流流經(jīng)S1t8時刻副邊整流二極管D電流下降到零,D自然關(guān)斷,電路開始進(jìn)入下一個周期。

可以看到,在這種方案下,兩個開關(guān)S1和S2實(shí)現(xiàn)了零電壓開通,二極管D自然關(guān)斷。

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