《電子技術(shù)應(yīng)用》
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新型有源鉗位正激軟開關(guān)變換器的研究
來源:電子技術(shù)應(yīng)用2011年第11期
趙瑞杰,,陶學(xué)軍,,田素立
(許繼電氣股份有限公司,,河南 許昌461000)
摘要: 針對模塊電源的發(fā)展趨勢和有源鉗位電路的工作原理,,研究了一種采用磁放大技術(shù)和固定伏特秒控制技術(shù)的有源鉗位正激軟開關(guān)電路,,并對該電路的工作過程進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析,。在此基礎(chǔ)上,,設(shè)計了一款25 W的電源樣機,。經(jīng)過測試,,驗證了該理論分析的正確性,,在整個負(fù)載范圍內(nèi)完全實現(xiàn)了主開關(guān)管和鉗位開關(guān)管的軟開關(guān)變換,軟開關(guān)實現(xiàn)的條件不依賴于變壓器的參數(shù),。在采用肖特基二極管整流的情況下,,滿載輸出的轉(zhuǎn)換效率在89%以上,。
中圖分類號: TM44
文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
文章編號: 0258-7998(2011)11-0073-03
Research on a new active clamp forward converter with soft switching
Zhao Ruijie,Tao Xuejun,,Tian Suli
XJ New Energy Co., Ltd.,, XuChang 461000,China
Abstract: According to the development trend of the module power supplies and the working principle of active clamping circuit, the paper studied a kind of active clamp forward soft switching circuit which employs magnetic amplification technology and fixed volts seconds control technology, and detailed theoretical analysis of the working process of the electric circuit is made in the paper. On the basis of theoretical analysis, a 25 W power prototype was designed. After tests, the theoretical analysis was verified correct. In the whole load range, soft switch transform between the main switch tube and clamp switch tube was completely realized, and soft switch realization conditions was not dependent on transformer parameters. In using the schottky diodes rectifier, the conversion efficiency in full load was 89% above.
Key words : active-clamp,;forward converter,;magnetic amplifier;fixed volt second


    為適應(yīng)現(xiàn)代電子產(chǎn)品的發(fā)展需要,,開關(guān)電源的設(shè)計朝著低電壓和大電流的趨勢發(fā)展,。目前,該類型的模塊電源市場需求量很大,研究其相關(guān)技術(shù)有著重要的實際意義,其中正激變換器是最受歡迎的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一[1],。但是傳統(tǒng)的正激變換器無法實現(xiàn)軟開關(guān),,漏感和寄生電感會造成很大的電壓或電流尖峰,導(dǎo)致開關(guān)電源效率低下,;另外,,正激變換器有一個固有缺點是需附加電路才能實現(xiàn)變壓器磁復(fù)位。
    針對正激變換器的缺點,,很多人提出了有源鉗位技術(shù),,相關(guān)的論文和成果也比較多[2-4]。有源鉗位技術(shù)解決了正激電路的變壓器磁復(fù)位,,占空比可大于0.5,,開關(guān)管的電壓應(yīng)力低[5],適合于輸入電壓范圍比較寬的應(yīng)用場合,。但是有源鉗位電路也有缺點,,如果想要實現(xiàn)主功率開關(guān)管的ZVS 開通,需要在鐵心加氣隙以降低Lm,,增大磁化電流,。這樣做雖然實現(xiàn)了開關(guān)管的軟開通,但是會增加變壓器的鐵損,。
    參考文獻(xiàn)[6-8]對有源箝位正激變換器的工作過程作了較詳細(xì)的分析, 本文則進(jìn)一步深入分析了該變換器實現(xiàn)軟開關(guān)的條件,,研究分析了一種能夠在全負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)有源鉗位正激變換軟開關(guān)的電路。該電路不僅實現(xiàn)了主功率管的軟開關(guān),,并且完全不依賴于正激變壓器的參數(shù),,是一種非常理想的有源箝位正激軟開關(guān)變換電路。
1 新型有源鉗位正激軟開關(guān)變換器
1.1 固定伏特秒值控制器工作原理

    固定伏特秒控制電路原理如圖1所示,,其工作原理如下:PWM脈沖發(fā)生器由高性能固定頻率電流模式控制器UC3842及其外圍電路構(gòu)成,。UC3842工作在開環(huán)狀態(tài),輸出達(dá)到最大占空比0.96,。U1為比較器,,其正向輸入端接一固定的基準(zhǔn)電壓DC 2.5 V;其反向輸入端通過電阻R1接直流母線,,給電容C2充電,。


    在PWM脈沖發(fā)生器的輸出由高變低時,電容C2通過Q1放電,;在PWM脈沖發(fā)生器的輸出高電平時,,電容 C2通過R1充電。因此在電容C2上為一個固定周期的鋸齒波信號,,當(dāng)鋸齒波信號的幅值超過比較器U1的同向輸入端電壓時,,比較器輸出低電平,Q2導(dǎo)通,,主開關(guān)管S1關(guān)斷,。在電阻R1和電容C2固定不變的情況下,鋸齒波信號的上升斜率和直流母線電壓成正比,,因此固定伏特秒電路輸出信號的占空比和直流母線電壓成正比,。
1.2 磁放大穩(wěn)壓電路工作原理
    該有源鉗位變換器副邊采用磁放大電路,通過對變壓器次級線圈輸出脈沖的脈寬進(jìn)行控制實現(xiàn)精密穩(wěn)壓,。如圖2所示,,L1為一個飽和電感。磁放大器的核心是一個由軟磁合金制成的帶有矩形磁滯回線的環(huán)形磁芯,,具有矩形磁滯回線及易飽和的特性,。

    磁放大穩(wěn)壓原理如下:首先可以將磁放大器理解為一個PWM“磁開關(guān)”,在磁放大器飽和后,,相當(dāng)于“磁開關(guān)”打開,,變壓器次級端方波脈沖通過,方波脈沖輻值×占空比等于輸出電壓,。若輸出電壓升高,,控制電路使磁放大器復(fù)位,退出飽和區(qū),,此時磁放大器相當(dāng)于一個很大的電感,,阻止變壓器次級端方波脈沖通過,即PWM“磁開關(guān)”關(guān)閉,,這樣方波脈沖便會被“斬波”一部分,,于是輸出電壓自然會下降,從而達(dá)到對輸出電壓穩(wěn)壓的目的,。
1.3 有源鉗位正激變換器的工作原理
    該有源鉗位變換器的主電路如圖2所示,。鉗位開關(guān)S2和主功率開關(guān)S1的驅(qū)動信號互補。圖2中鉗位電容C1上的電壓為:

    圖4為滿載條件下,,主開關(guān)管S1的驅(qū)動信號和漏源極電壓波形,,其中波形1為S1的驅(qū)動波形Vgs1,,波形2為S1的漏源極電壓。

 

 

    圖5為滿載條件下,,鉗位開關(guān)管S2的驅(qū)動信號和漏源極電壓波形,,其中波形1為S1的驅(qū)動波形Vgs2,波形2為S2的漏源極電壓,。

    通過圖4和圖5的波形可以看到,,該新型有源鉗位電路完全解決了主開關(guān)管的零電壓開通,相對于傳統(tǒng)的有源鉗位電路具有很大的優(yōu)勢,。
    本文針對模塊開關(guān)電源的發(fā)展趨勢以及有源鉗位電路的工作原理,,研究了一種采用磁放大穩(wěn)壓技術(shù)的有源鉗位正激軟開關(guān)電路,并進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析,。經(jīng)過樣機實驗,,驗證了該理論分析的正確性,完全實現(xiàn)了主開關(guān)管和鉗位開關(guān)管的軟開關(guān)變換,,并且不依賴于變壓器的設(shè)計,,滿載輸出的轉(zhuǎn)換效率在89%以上。理論分析和實驗結(jié)果吻合,,證明了本文研究的正確性,。
參考文獻(xiàn)
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