一种在全负载范围内实现zvs的有源箝位反激变换器

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1、一种在全负载范围内实现ZVS的有源箝位反激变换器

2、第1...lunouseg(this)">图1有源箝位反激变换器的原理图有源箝位的反激变换器除了能将漏感上的能量反馈到输出，提高电路效率外，还具有以下几个优点：首先，电压箝位效果良好，能减少开关管上的电压应力；其次，电路原边的主管和辅管都可实现ZVS，从而减少电路的开关损耗。这个特性对于高压输入的场合特别重要。由于开关管上的电压是谐振到零的，这样既限制了电压关断时的dv/dt，同时箝位电容和变压器原边谐振电感的谐振还限制了副边整流管关断时的di/dt；通过恰当地设计箝位电容的值，还可以实现副边整流二

3、极管的ZCS，从而减少或消除了整流管的开关损耗和由于二极管反向恢复引起的开关噪声，从而有效地减少了电路的EMI。正是由于这些优点，有源箝位反激变换器受到了业界的重视[1]。该电路不但可以作为普通的DC/DC变换器使用，而且还可以用作一个性能优良的PFC电路。传统的反激变换器中存在着“电感电流连续（CCM）”和“电感电流断续（DCM）”两种不同的工作状态。这两种不同的工作状态在有源箝位反激变换器当中也分别体现不同的工作特点。CCM的有源箝位反激变换器和传统的反激变换器一样，在一个开关周期内，变压器原边的激磁电流始终大于零；而DCM的有源箝位反激变换器

4、中变压器原边的激磁电流却会出现断续的状态，当激磁电流到零的时候，在箝位电容的作用下，变压器原边的激磁电流将反向流动，从而在一个开关周期内体现为一个正负交变的量。文献[4]详细地分析了CCM状态下的有源箝位反激变换器的工作过程以及设计中的注意事项。从中可知，CCM状态下的有源箝位反激变换器同传统的反激变换器一样，具有电流纹波小，电路导通损耗小，适合于功率大的输出场合等优点。但该工作状态需要一个外加谐振电感来实现原边开关管的ZVS（如图1中的Lr），而且软开关的实现和负载有关，只能在一定的负载范围内实现。但是，保证电路在全范围内实现软开关有着重大的现实

5、意义，因为，全范围软开关能保证整个电路的工作状态一致，特别是保证电路的EMI的性能一致，从而减小了整个电路的EMI滤波器。为此，本文对有源箝位反激变换器进行了优化设计，以保证整个电路从空载到满载范围内都能实现软开关。文章首先对电路的工作状态进行了详细的分析，而后给出了电路当中关键元器件的设计依据，最后，用一个100ode1[t0，t1]（b）Mode2[t1，t2]（c）Mode3[t2，t3]500)this.style.ouseg(this)">（d）Mode4[t3，t4]（e）Mode5[t4，t5]（f）Mode6[t5，t6]图2有源箝

6、位反激电路的各阶段等效原理图500)this.style.ouseg(this)">图3有源箝位反激电路的主要工作波形Mode1[t0，t1]在t0时刻，主管S1导通，辅管S2关断。输出整流二极管D1承受反向电压。S2的体内反并联二极管也反向偏置。Lm和Lr上的电流在Vin的作用下线性上升。Mode2[t1，t2]在t1时刻，S1关断。Lm和Lr一起同Cr进行谐振，利用激磁电流（此时激磁电流与流过漏感的电流相等）给Cr充电。S2处于关断状态，S2体内二极管继续反向偏置。Mode3[t2，t3]在t2时刻，Cr被充电到vDS1=Vin＋Vcc（Vcc

7、≈nVo为箝位电容稳态工作时的电压）；此时，S2的体内二极管开始导通，Lm和Lr同Cc进行谐振，利用激磁电流给Cc充电。由于Cc远大于Cr，几乎所有的激磁电流都通过二极管流向箝位电容，同时Lm和Lr进行分压，励磁电压即变压器一次电压Vpri为Vpri=－Vcc500)this.style.ouseg(this)">（1）Mode4[t3，t4]在t3时刻，vpri足够的小，D1正向导通。变压器的原边电压就被箝位在nVo。这时，Lr和Cc进行谐振，利用激磁电流给Cc充电。为了能实现S2的ZVS，S2必须在谐振电流反向之前触发导通。Mode5[t4，t

8、5]在t4时刻，S2关断，使得Cc被迅速地从电路中断开。同时，Lr和Cr谐振，变压器的原边电压仍然被箝位在nVo。当Lr上面的电流等同于Lm上的电流时，副边电流减少到零，D1反向截至，变压器原边的电压开始反向。Mode6[t5，t6]在t5时刻，储存在Lr和Lm内的能量大于储存在Cr中的能量，Cr上的电荷将被放完，同时，S1的体二极管开始导通；如果在这个时间段内S1被触发导通，那么就可以实现ZVS。同时，对于Lm和Lr而言，两端的电压为Vin，电感上的电流又开始线性上升。在t6时刻，S1导通，进入下一个开关周期，开关周期Ts=t6－t0。从上面的分

9、析可以得出以下结论：该电路正是通过让有源箝位的反激变换器工作在DCM状态下，利用变压器原边激磁电感参与电路的谐振，在S1导