有源箝位DC/DC变换器的高效性能分析

"本文主要探讨了单端有源箝位DC/DC变换器的设计与工作原理，这种变换器在单端正激式和反激式变换器的基础上，通过采用有源箝位/恢复技术提高了效率，减少了对外部干扰和器件应力的影响。文章详细介绍了两种有源箝位电路拓扑，并分析了其工作状态，推导了磁化电流与负载电流之间的关系，最后总结了这种变换器的主要优点。" 单端有源箝位DC/DC变换器是一种高效、低干扰的电源转换方案，特别适用于处理高至低电压的转换。相比于传统的buck、boost或buck-boost变换器，这种变换器在转换大电压差时能保持较高的效率。有源箝位技术通过在电路中加入额外的开关元件，如图3所示的S1、S2和S3，以及特殊的控制策略，有效地抑制了开关管和二极管上的应力，降低了损耗。 在电路结构上，该变换器包含三只开关管，一个变压器，以及初级和次级侧的滤波电容。变压器的使用提供了电压隔离，而电容被假设为恒定电压，以简化分析。控制电路通过特定的波形驱动S1和S3同步工作，而S2则与它们反相工作，确保了电流的稳定流动。实际应用中，开关管的开通和关断速度非常快，通常在数十纳秒范围内。 电路的工作状态主要有两种：S2导通状态（图5）和S1、S3同时导通状态（图6）。在S2导通时，变压器初级绕组的电流增加，为电容CP充电；而在S1、S3同时导通时，电感iLPM的电流被箝位在一个特定范围内，有效控制了磁化电流的峰值。这种工作模式减少了磁芯饱和的可能性，从而提高了转换效率。 通过对电路的深入分析，我们可以推导出磁化电流iM和负载电流iL之间的数学关系，这对于理解和优化变换器的性能至关重要。有源箝位的DC/DC变换器的优点包括但不限于：更高的转换效率、更小的电磁干扰、减小的开关应力，以及更好的整体系统稳定性。 单端有源箝位DC/DC变换器是现代电源设计中的一种重要技术，尤其适合于需要高效、低干扰电源转换的场合，如数据中心、通信设备和高级电子设备。通过优化电路拓扑和控制策略，这种变换器可以实现更出色的性能表现，满足对电源效率和可靠性的严格要求。