有源箝位DC/DC变换器的性能提升与分析

"本文主要探讨了单端有源箝位DC/DC变换器的电路设计和工作原理，包括其优势和应用场景。" 在开关电源领域，DC/DC变换器被广泛用于电压转换，例如Buck、Boost和Buck-Boost变换器。然而，对于高输入至低输出电压的转换，传统技术往往效率较低，尤其是在高压到低压的转换过程中。为了解决这个问题，文章提出了采用有源箝位技术的单端正激式和反激式变换器，以提高效率并降低对外部干扰及器件应力。 文章首先简述了问题背景，指出常规的Buck变换器（如图1所示）和Buck-Boost变换器（如图2所示）在高压到低压转换时的不足，包括开关管和二极管的电流过大。接着，文章引入了一种具有有源箝位的DC/DC变换器（如图3所示），其特点是采用三只开关管S1、S2和S3，以及变压器T，初级和次级侧的滤波电容Ci和Cs。电路分析中假设电容足够大，开关周期内电压恒定，变压器耦合系数为1，开关管理想无功耗，且能双向导通。此外，尽管示例为单输出，但可以通过增加次级绕组实现多输出电压。 电路的控制采用定时电路，驱动S1和S3由同一信号ug控制，S2则由相反信号驱动，确保S1、S3导通时S2截止，反之亦然。开关时间通常在30ns到120ns之间，实际操作中会采取先关断后开通的驱动波形以减少损耗。 文章进一步分析了电路的两种工作状态。如图5所示，当S2导通时，变压器初级绕组电流增加，给电容CP充电。而在图6中，S1和S3同时导通，形成有源箝位状态，此时电感iLPM的峰值受到箝位控制，有助于减小电压应力。 有源箝位的DC/DC变换器的主要优点在于其高效率和低应力特性。它通过有效地管理磁化电流和负载电流之间的关系，降低了开关器件上的电压尖峰，从而提高了整体系统效率，并减少了对外部电路的干扰。 总结来说，本文详细阐述了一种采用有源箝位技术的单端DC/DC变换器，其设计旨在优化高压到低压转换过程中的效率和器件应力，这对于高效电源设计尤其重要。通过深入理解这种变换器的工作原理，设计者能够更好地应用这种技术，优化电源系统的性能。