有源箝位反激变换器分析与设计有源箝位反激变换器分析与设计
反激(Flyback)变换器由于具有电路拓扑简洁、输入输出电气隔离、电压升/降范围宽、易于多路输出等优点,因
而广泛用于中小功率变换场合。但是,反激变换器功率开关电压、电流应力大,漏感引起的功率开关电压尖峰
必须用箝位电路来限制。作者在文献[1]中对RCD箝位、LCD箝位、有源箝位反激变换器进行了比较研究,得出
有源箝位技术使反激变换器获得最优综合性能的结论。
1. 引言引言
反激(Flyback)变换器由于具有电路拓扑简洁、输入输出电气隔离、电压升/降范围宽、易于多路输出等优点,因而广泛用于中
小功率变换场合。但是,电流应力大,漏感引起的功率开关电压尖峰必须用箝位电路来限制。作者在文献[1]中对RCD箝位、
LCD箝位、
图1 有源箝位反激变换器电路拓扑
图2 有源箝位反激变换器原理波形
2. 有源箝位反激变换器稳态原理分析有源箝位反激变换器稳态原理分析
有源箝位反激变换器电路拓扑及原理波形,分别如图1、图2所示[2]。变压器用磁化电感Lm、谐振电感Lr(包括变压器漏感和外
加小电感)和只有变比关系的理想变压器T表示,Cr为等效电容,包括两个开关S和SC的输出电容。稳态工作时,每个开关周
期分为七个开关状态阶段,各开关状态等值电路如图3所示。七个开关状态为:
① t=t0~t1:t0时刻,功率开关S开通,箝位开关SC及其寄生二极管Dc与整流二极管D均截止,Lm与Lr线性充电;
② t=t1~t2:t1时刻,S关断,磁化电感电流即谐振电感电流以谐振方式对Cr充电,开关管S漏源电压uDS近似线性上升;
③ t=t2~t3:t2时刻,uDS上升到Ui+uC,DC开通,将Lr和Lm串联支路端电压箝位在uC≈Uo(N1/N2),磁化电流通过箝位支路
对CC充电(CC>Cr),u1下降规律为u1=-uCLm/(Lr+Lm);
④ t=t3~t4:t3时刻,u1已经下降到使D正偏导通,随后u1箝位在-Uo(N1/N2),Lr和CC开始谐振,Lr上的电压为uC-
Uo(N1/N2),iC下降速率为[uC-Uo(N1/N2)]/Lr,在iC开始反向之前开通SC,SC便获得了零电压开通(ZVS);
⑤ t=t4~t5:t4时刻,SC关断,Lr与Cr谐振,在Cr放电期间u1仍然被箝位在-Uo(N1/N2)值上;
⑥ t=t5~t6:t5时刻,uDS=0,假定Lr储能大于Cr储能,足以使S体内寄生二极管Ds开通,Lr上电压箝位在Ui+Uo(N1/N2)值
上,则副边整流二极管D中电流i2下降速率为
(Lm>>Lr) (1)
⑦ t6~t7:t6时刻S零电压ZVS开通,随着iLr上升,i2逐渐下降,t7时刻iLr已上升到磁化电流iLm值,i2=0,D反偏,u1由-
Uo(N1/N2)变为Ui,随后Lm和Lr再次线性充电,新的PWM开关周期又开始了。