一種有源箝位Flyback軟開關電路設計

2 軟開關的參數設計

假定電路工作在CCM狀態。由于S₂的軟開關實現是L_r與L_m聯合對C_r1及C_r2充放電，而S₁的軟開關實現是單獨的L_r對C_r1及C_r2充放電。因此，S₂的軟開關實現比較容易，而S₁的軟開關實現相對來說要難得多。所以，在參數設計中，關鍵是要考慮S₁的軟開關條件。

電流連續模式有源嵌位Flyback變換器ZVS設計步驟如下所述。

2.1 變壓器激磁電感L_m的設定

由于L_r的存在，變換器的有效占空比D_eff（根據激磁電感L_m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i_Lr的上升速度非常的快，所以可近似地認為D_eff=D。這樣，根據Flyback電路工作在CCM條件，則

L_m>=牛8）

式中：η為變換器效率；

f_s為開關頻率；

P_o^CCM為變換器的輸出功率。

在實際設計中，為了保證電路在輕載時也能工作在電流連續模式，L_m一般取為

L_m=（9）

2.2 電感L_r的設定

為了實現S₁的ZVS，t₅時刻儲存在L_r內的能量足以令S₁的輸出結電容C_r1放電到零，同時使S₂的輸出結電容C_r2充電到最大。即

L_ri_Lrmin²>=C_r1v_ds1²＋C_r2v_ds2²（10）

則有

L_r>=牛11）

式中：v_ds=v_ds1=v_ds2≈V_in＋NV_o；

C_r=C_r1＋C_r2。

根據式（4）取定合適的諧振周期可以令

i_Lrmin≈i_Lrmax=i_Lrmmax≈＋（12）

代入式（11）得

L_r>=牛13）

2.3 電容C_clamp的設定

根據式（4）有

π(1－D)T（14）

化解得

C_clamp（15）

在滿足式（15）的前提下，取定合適的C_clamp令i_Lrmax=i_Lrmin。

2.4 死區時間的確定

為了實現S₁的ZVS，必須保證在t₆到t₇時間內，S₁開始導通。否則L_r上電流反向，重新對C_r1充電，這樣S₁的ZVS條件就會丟失。因此，S₂關斷后、S₁開通前的死區時間設定對S₁的ZVS實現至關重要。合適的死區時間為電感L_r與S₁及S₂的輸出結電容諧振周期的1/4，即

t_dead1=（16）

嚴格地講，開關管輸出結電容是所受電壓的函數，為方便起見，在此假設C_r1與C_r2恒定。

2.5 有效占空比D_eff的計算

有效占空比D_eff比開關管S₁的占空比D略小。

D_eff=D－ΔD（17）

ΔDT≈2（18）

ΔD≈（19）

代入式（17）得

D_eff=D－（20）

2.6 開關管電壓應力計算

≈V_in＋NV_o＋（21）

式（21）中第三項相對來說較小，故開關管的電壓應力接近于V_in＋NV_o。

3 實驗結果

為了驗證上述ZVS的實現方法，設計了一個實驗電路，其規格及主要參數如下：

輸入電壓V_in 48V；

輸出電壓V_o 12V；

輸出電流I_o 0～5A；

工作頻率f 100kHz；