一種帶輔助變壓器的Flyback變換器ZVS軟開關實現方案

摘要：提出了一種新穎的FLYBACK變換器ZVS軟開關實現方案。一個較小的輔助變壓器與主變壓器串聯，通過使輔助變壓器原邊激磁電感電流雙向來達到主開關管的ZVS軟開關條件。該方案實現了主輔開關管的ZVS軟開關，限制了輸出整流二極管關斷時的di/dt，并且使變換器在任何負載情況下，都能在寬輸入范圍內實現軟開關。

關鍵詞：ZVS軟開關；輔助變壓器；電流雙向

0 引言

在很多通訊和計算機系統中，需要使用高功率密度、高效率的開關電源。提高開關頻率可以減小電感、電容等元件的體積，是目前開關電源提高功率密度的一種趨勢。但是，開關頻率的提高，開關器件的損耗也隨之增加。

為了減小開關電源的開關損耗，提高其開關頻率，軟開關技術應運而生。軟開關技術主要包括兩種：零電壓軟開關（ZVS）及零電流軟開關（ZCS）。在含有MOSFET開關器件的變換器拓撲中，零電壓軟開關要優于零電流軟開關。

Flyback變換器電路簡單，在小功率場合得到了廣泛的應用。基于Flyback變換器的ZVS軟開關拓撲也得到了進一步的發展。最近幾年，有源箝位ZVS軟開關技術被提出，但它也存在一些缺點，比如，輕載時不能實現軟開關。

本文提出了一種帶輔助變壓器的Flyback零電壓軟開關電路，與有源箝位Flyback零電壓軟開關電路相比，它具有以下幾個優點：

1）電路在整個負載范圍內都能實現軟開關；

2）任何負載情況下，電路都可以在寬輸入范圍中實現軟開關；

3）丟失占空比不隨輸出負載變化而變化，利于電路參數設計。

下面分析了此電路的工作原理及軟開關參數的設計，并以實驗結果驗證了該方案的有效性。

1 工作原理

圖1為本文提出的Flyback軟開關電路，Tr為輔助變壓器。其兩個開關S1及S2互補導通，中間有一定的死區防止共態導通。主變壓器T激磁電感Lm較大，使電路工作在電流連續模式（CCM），如圖2中iLm波形所示。而Tr的激磁電感Lmr設計得較小（LmrLm），使流過Lmr的電流在一個周期內可以反向，如圖2中iLmr波形所示。考慮到開關的結電容以及死區時間，一個周期可以分為7個階段進行分析，各個階段的等效電路如圖3所示。其工作原理描述如下。

圖1 帶輔助變壓器的Flyback變換器

圖2 主要工作波形

（a） 階段1[t0，t1]

（b） 階段2[t1，t2]

（c） 階段3[t2，t3]

（d） 階段4[t3，t4]

（e） 階段5[t4，t5]

（f） 階段6[t5，t6]

（g） 階段7[t6，t7]

圖3 各階段等效電路圖