單端有源箝位DC/DC變換器

摘要：單端正激式及反激式變換器的性能，因采用了有源箝位/恢復技術而大大增強。其優點是效率高，對外干擾及器件應力小。本文介紹了兩種有源箝位電路拓撲，對電路工作狀態進行了分析，對磁化電流和負載電流之間的關系進行了推導。最后，對這種有源箝位的DC/DC變換器的優點，作了歸納。

關鍵詞：功率變換開關電源

1引言

在開關電源里，可把直流電壓從一個電平變換到另一個電平。諸如buck電路，boost電路以及buck－boost電路。但是，當要求把相當高的直流電壓變換到相當低的直流電壓時，常規變換技術的效率較低，特別是當變換器的工作頻率在1MHz以上時，開關損耗變得特別大。

圖1電路就是常規的buck（正激式）變換器。該變換器在正常工作期間，開關管S1導通，把輸入電壓和輸出電壓之差加在電感L1上，使電感L1中的電流增加，并對輸入電容CS充電；該電流又送至負載RL上。當開關S1關斷時，電感L1極性反向使二極管D1導通，然后，電流流經D1和L1，其幅度是逐漸下降的，直到S1再導通為止，又開始下一個工作周期。

圖2為常規的buckboost變換器，它用變壓器T把輸入及輸出電壓隔離開來。該變換器可使輸出電壓的幅值大于或小于其輸入電壓的幅值。此電路的缺點是開關管電流和二極管電流均比基本的buck或boost變換器的電流大。

本文所介紹的具有有源箝位的DC/DC功率變換器，可以在1MHz以上的開關頻率下，以零電壓諧振變換來工作。電路中，只需要一個磁芯兼作電感和變壓器。通過改變匝比，以獲得所需要的電壓。對其輸出特性的控制和普通的變換器拓撲一樣。用零電壓諧振變換和變壓器隔離技術，對磁芯無特殊要求。該電路控制部分采用脈寬調制技術（PWM），工作頻率高，效率也高，且輸入輸出隔離。

2電路結構說明

圖1常規的buck變換器電路

圖2常規的buck－boost變換器電路

圖3為本文重點介紹的具有有源箝位的DC/DC變換器電路。電路中采用了三只開關管S1、S2及S3，變壓器T，變壓器初級側和次級側的濾波電容分別為Ci和Cs。為分析方便，假定電容足夠大，電容電壓在整個開關周期內為恒定值；變壓器初次級繞組的耦合系數為1；開關管是理想的，即無功耗，并且能通過正反任一方向的電流。此外，在分析中，只考慮單輸出形式，要輸出幾種電壓，可以增加次級繞組。

通常是用普通的定時電路（未畫出）來控制三個開關管的工作。其控制波形如圖4所示。在工作時，有源箝位開關S1和同步開關S3由同一信號ug來驅動

圖3具有有源箝位的DC/DC變換器

圖4圖3電路工作波形圖中iLPM的峰峰值為

圖5S2導通電路狀態

圖6S1、S3導通電路狀態