一種帶輔助變壓器的Flyback變換器ZVS軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)方案

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

關(guān)鍵詞：ZVS軟開關(guān)；輔助變壓器；電流雙向

0 引言

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

為了減小開關(guān)電源的開關(guān)損耗，提高其開關(guān)頻率，軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。軟開關(guān)技術(shù)主要包括兩種：零電壓軟開關(guān)（ZVS）及零電流軟開關(guān)（ZCS）。在含有MOSFET開關(guān)器件的變換器拓?fù)渲校汶妷很涢_關(guān)要優(yōu)于零電流軟開關(guān)。

Flyback變換器電路簡單，在小功率場合得到了廣泛的應(yīng)用。基于Flyback變換器的ZVS軟開關(guān)拓?fù)湟驳玫搅诉M(jìn)一步的發(fā)展。最近幾年，有源箝位ZVS軟開關(guān)技術(shù)被提出，但它也存在一些缺點(diǎn)，比如，輕載時不能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。

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

1）電路在整個負(fù)載范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)；

2）任何負(fù)載情況下，電路都可以在寬輸入范圍中實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)；

3）丟失占空比不隨輸出負(fù)載變化而變化，利于電路參數(shù)設(shè)計(jì)。

下面分析了此電路的工作原理及軟開關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)，并以實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)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(guān)電路，Tr為輔助變壓器。其兩個開關(guān)S1及S2互補(bǔ)導(dǎo)通，中間有一定的死區(qū)防止共態(tài)導(dǎo)通。主變壓器T激磁電感Lm較大，使電路工作在電流連續(xù)模式（CCM），如圖2中iLm波形所示。而Tr的激磁電感Lmr設(shè)計(jì)得較小（LmrLm），使流過Lmr的電流在一個周期內(nèi)可以反向，如圖2中iLmr波形所示。考慮到開關(guān)的結(jié)電容以及死區(qū)時間，一個周期可以分為7個階段進(jìn)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