一種有源箝位Flyback軟開關(guān)電路設(shè)計
2 軟開關(guān)的參數(shù)設(shè)計
假定電路工作在CCM狀態(tài)。由于S2的軟開關(guān)實現(xiàn)是Lr與Lm聯(lián)合對Cr1及Cr2充放電,而S1的軟開關(guān)實現(xiàn)是單獨的Lr對Cr1及Cr2充放電。因此,S2的軟開關(guān)實現(xiàn)比較容易,而S1的軟開關(guān)實現(xiàn)相對來說要難得多。所以,在參數(shù)設(shè)計中,關(guān)鍵是要考慮S1的軟開關(guān)條件。
電流連續(xù)模式有源嵌位Flyback變換器ZVS設(shè)計步驟如下所述。
2.1 變壓器激磁電感Lm的設(shè)定
由于Lr的存在,變換器的有效占空比Deff(根據(jù)激磁電感Lm的充放電時間定義,見圖2)要小于S1的占空比D,但是由于t5~t8時刻iLr的上升速度非常的快,所以可近似地認為Deff=D。這樣,根據(jù)Flyback電路工作在CCM條件,則
Lm>=牛8)
式中:η為變換器效率;
fs為開關(guān)頻率;
PoCCM為變換器的輸出功率。
在實際設(shè)計中,為了保證電路在輕載時也能工作在電流連續(xù)模式,Lm一般取為
Lm=(9)
2.2 電感Lr的設(shè)定
為了實現(xiàn)S1的ZVS,t5時刻儲存在Lr內(nèi)的能量足以令S1的輸出結(jié)電容Cr1放電到零,同時使S2的輸出結(jié)電容Cr2充電到最大。即
LriLrmin2>=Cr1vds12+Cr2vds22(10)
則有
Lr>=牛11)
式中:vds=vds1=vds2≈Vin+NVo;
Cr=Cr1+Cr2。
根據(jù)式(4)取定合適的諧振周期可以令
iLrmin≈iLrmax=iLrmmax≈+(12)
代入式(11)得
Lr>=牛13)
2.3 電容Cclamp的設(shè)定
根據(jù)式(4)有
π(1-D)T(14)
化解得
Cclamp(15)
在滿足式(15)的前提下,取定合適的Cclamp令iLrmax=iLrmin。
2.4 死區(qū)時間的確定
為了實現(xiàn)S1的ZVS,必須保證在t6到t7時間內(nèi),S1開始導(dǎo)通。否則Lr上電流反向,重新對Cr1充電,這樣S1的ZVS條件就會丟失。因此,S2關(guān)斷后、S1開通前的死區(qū)時間設(shè)定對S1的ZVS實現(xiàn)至關(guān)重要。合適的死區(qū)時間為電感Lr與S1及S2的輸出結(jié)電容諧振周期的1/4,即
tdead1=(16)
嚴格地講,開關(guān)管輸出結(jié)電容是所受電壓的函數(shù),為方便起見,在此假設(shè)Cr1與Cr2恒定。
2.5 有效占空比Deff的計算
有效占空比Deff比開關(guān)管S1的占空比D略小。
Deff=D-ΔD(17)
ΔDT≈2(18)
ΔD≈(19)
代入式(17)得
Deff=D-(20)
2.6 開關(guān)管電壓應(yīng)力計算
≈Vin+NVo+(21)
式(21)中第三項相對來說較小,故開關(guān)管的電壓應(yīng)力接近于Vin+NVo。
3 實驗結(jié)果
為了驗證上述ZVS的實現(xiàn)方法,設(shè)計了一個實驗電路,其規(guī)格及主要參數(shù)如下:
輸入電壓Vin 48V;
輸出電壓Vo 12V;
輸出電流Io 0~5A;
工作頻率f 100kHz;
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