有源鉗位正激變換器的功率損耗分析

　　此模態鉗位電路的總電阻RT4為：

　　根據以上討論，可得一個開關周期變換器的功率總損耗是：

4.最優電感的確定

　　已有許多文獻指出，此變換器穩態工作時模態1的損耗遠大于其他開關模態的損耗，為簡化分析，一般用P1代替一個開關周期的功率總損耗，則模態1的損耗P1重新表示為：

　　式（11）又可寫為下面式（12）的形式

現P1對Lm求微分，得式（13）

　　現令式（13）等于零可求出Lm的值。P1對
　　Lm求二次微分得式（14）：

　　根據數學理論可知，如果上面求得的Lm值使得式（14）大于零，就存在最小的功率損耗。也就是說可以根據式（13），式（14）找到最優的Lm使變換器的功率損耗最小。

　　對圖1所給的實驗電路，設定匝數比為n=3,輸入電壓Vi=48V, Io=10A, Vo=3.3V, t1=1.5×10-6s,T=5×10-6s,R=0.3Ω,可以得到功率損耗與勵磁電感的關系曲線如圖8所示。

　　由上圖可看出，不同的勵磁電感值對應不同的損耗值，由圖所得到的最小功率損耗值及其對應的勵磁電感值與根據式（12），式(13)精確計算得到的最小損耗值P1 =1.1584W，Lm =429micro;H基本吻合。

　　以上討論的是有源鉗位正激變換器穩態時的功率損耗，是忽略了變壓器漏感，不考慮主開關和鉗位開關寄生電容的簡化分析結果。在實際的電路中，變壓器的漏感和主開關的等效寄生輸出電容作用，使得勵磁電流可能會產生直流偏置的問題[4]，可以通過減少漏感或調節勵磁電感的大小來使得勵磁電流的直流偏置最小。另外，勵磁電感的大小也決定了主開關管零電壓軟開通是否能夠實現。因為當變壓器勵磁電感Lm減少，勵磁電流足夠大時，勵磁電流除了提供負載電流外，剩余部分可用來幫助主開關和鉗位開關的寄生電容充放電，使主開關漏源極電壓有可能諧振到零，從而實現主功率開關管的零電壓軟開通，進而減少開通損耗。但又要考慮到軟開通的代價是變壓器的勵磁電流和開關管導通電流峰峰值大幅增加，開關管及變壓器電流應力和通態損耗明顯加大。所以在變壓器設計時，勵磁電感的選擇很關鍵。在設計時要綜合考慮以上因素，在堅持效率優先的前提下，盡量使設計達到最優。

5.結語

　　本文分析和討論了有源鉗位正激變換器穩態工作時的功率損耗，得出它與勵磁電感之間的關系。表明在一定的磁鏈關系下，存在著一個最優的勵磁電感，使得變換器的功率損耗最小，效率最優。
對于有源鉗位正激變換器。本文所提出的有關勵磁電感的觀點和設計準則，在設計一個確定匝數比的隔離變壓器時十分有用。