正激功率變換器磁復位技術分析研究

(1) t3~t4：t3時刻，Vds上升到箝位電壓Vc與Vi之和Dc開通，設開關頻率

，即箝位電壓基本保持不變。

(2) t4~t5：t4時刻磁化電流降為零，隨后變負，箝位開關Sc導通，Sc實現零電壓ZVS開通。

(3) t5~t6：t5時刻，Lm與Cs開始諧振，以負值磁化電流放電，能量回饋到電網及轉移到Lm中。

通過上述分析可知，功率開關S的電壓應力為：

在相同的N、Vo下，當輸入電源電壓Vi增大時，占空比d減少，功率開關S電壓應力變化不大，如圖3所示。一般選dmax=0.75。該特點(d>0.5，但Vds變化不大)使得它很適用于寬輸入電源電壓的場合。

這種電路的優點是：1、變壓器雙向對稱磁化，提高鐵心利用率，減少體積與重量;2、占空比d>0.5，開關管電壓應力低，適合輸入電壓范圍比較寬的應用場合;3、箝位開關管是零電壓開關;4、勵磁能量和漏感能量全部回饋電網。其不足是：1、增加了一個箝位開關管，增加了控制電路的復雜性;2、在電路設計上需要給出一個與主開關功率管驅動電路隔離能給出可控占空比的驅動電路;3、主功率開關管的零電壓開通明顯與負載有關。

5.自動復位技術

有源箝位雖然有著許多優點，但是如果有源箝位電路設計不準確，在輸入電壓和負載瞬間變化時，尖峰箝位電壓和勵磁電流會使初級側開關承受過大的電壓應力并使鐵芯飽和。另外可能會產生的一個問題是，當主開關開通時，瞬間的正向勵磁電流會使箝位開關的體二級管導通，又由于箝位電容和箝位開關體二級管的低阻抗電流路徑，這樣Vi、Cc、Dc、S就形成了通路，導致整個電路的失敗。而采用自動復位技術不會產生上述的問題，同樣也可消除變壓器飽和。其電路原理圖如圖5所示。圖中所示的正激變換器包括箝位電容Cr，同步整流管S2。從圖中可以看出，與有源箝位復位電路相比，電路沒有增加任何元件。使用同步整流管的目的是為了獲得效率的充分增加。

下面把一個開關周期分為4個工作模態進行分析，對應的等效電路如圖6，圖8所示的是其相應的波形。

(1)開關模態1(圖6(a))

在t1時段，S1導通，D1導通，輸入電流流過箝位電容，iLo流過二次繞組，幅值為一次側電流的1/n ，箝位電容上電壓VCr為：

二次側繞組上的電壓為：

(2)開關模態2 (圖6(b))

在t2時段，S1關斷，在此階段，開關S1寄生電容上的能量，變壓器的漏磁和勵磁能量通過S2的體二極管向Cr釋放。此過程可以確保在下一個開關周期開始前，開關管ZVS開關，而且變壓器復位。二次側儲存在輸出電感上的能量通過續流二極管D2流動，以此來給負載提供能量。

(3)開關模態3　(圖6(c))

在t3 時段，S2開通，勵磁電流流過初級側，二次側電流以-Vo/Lo的斜率線性下降，直到主開關管再次開通。

(4)開關模態4 (圖6(d))

在t4時段，S1，S2均關斷，S1的體二極管導通，在此階段，S2上寄生電容儲存的能量釋放完畢，勵磁電感完全復位。

箝位電容電壓的平均值，初級側勵磁電流的平均值，以及輸出電容電壓和輸出電感電流的平均值分別表示如下：

上面式中rs1為S1的導通電阻，rD1是D1的導通電阻，Ro是負載電阻。

通過以上分析，可知此復位技術可使變壓器自動復位，除了具有有源箝位技術的有點外，主開關管實現零電壓開通，同時使用的同步整流管S2，也是零壓開通，提高效率。其不足是主開關管和同步整流開關驅動之間需要一個延時電路，若同步整流使用外驅動，雖然能提高效率，但也會增加控制電路的復雜性。資料[7]顯示在輸出電壓1.2伏，輸出電流為10A，自動復位技術的效率將大于有源箝位技術如圖(8)所示。

6.結 語

本文介紹了幾種正激變換器的磁復位技術，其中多諧振復位技術利用諧振技術使得所有開關管實現軟開關，但同時帶來了主開關管電壓應力高，導通損耗增大的缺點。一般用在開關頻率高于250KHZ的場合;RCD復位技術電路簡單，但磁場能量被電阻白白消耗，效率低，且開關管還要承受較大的電壓電流應力;有源箝位技術使得開關管不承受過大的應力，變壓器雙向對稱磁化，鐵芯利用率高。但主開關管是硬開通，存在開通損耗，適合輸入電壓范圍較寬的場合;自動復位技術在有源箝位電路的基礎上，不增加任何元器件，可以實現開關管的軟開通，變壓器同樣工作在一三象限，磁介質利用充分，同時使用同步整流技術能夠使得效率充分提高。