O 引言

　　現(xiàn)在世界資源短缺，各國(guó)政府及社會(huì)各界越來(lái)越要求節(jié)能降耗,。中國(guó)政府也正秉持這一國(guó)際化趨勢(shì)的理念在不斷邁進(jìn),，這一趨勢(shì)在未來(lái)幾年還會(huì)加速，這勢(shì)必為響應(yīng)這一國(guó)際趨勢(shì)的科技型企業(yè)帶來(lái)巨大的機(jī)遇,。同時(shí)對(duì)技術(shù)薄弱的電源企業(yè)就是一個(gè)巨大的考驗(yàn),。在電源行業(yè)來(lái)講，這幾年大家一直致力于80PLUS的產(chǎn)品研發(fā),，時(shí)至今日,，這項(xiàng)技術(shù)在大的企業(yè)已經(jīng)得到普及。接下來(lái)的方向就是如何來(lái)達(dá)到85PLUS的要求,。這對(duì)于一般的適配器或高電壓直流輸出的電源來(lái)講沒(méi)有什么問(wèn)題,，大家很容易就可以實(shí)現(xiàn)。但是對(duì)于一般的PC電源或服務(wù)器電源這種帶多輸出中低直流電壓的電源來(lái)講,，要達(dá)到85PLUS就不這么容易了,。電源目前常見(jiàn)的幾種可以實(shí)現(xiàn)高效率的電路拓?fù)鋪?lái)講，單晶體管" title="晶體管">晶體管有源鉗位技術(shù)現(xiàn)在有很多廠商推廣,，但是目前使用情況還是不太普及,，全橋零電壓開(kāi)關(guān)的技術(shù)也有人使用，也同樣沒(méi)有得到廣泛普及?，F(xiàn)今在大的電源使用上大家最常用的就是雙晶體管正激,，目前很多廠商從300W～1200W的范圍都有使用，同時(shí)可以滿足80PLUS的要求,，但是目前要作到85PLUS就很難,，不進(jìn)行一些技術(shù)變更幾乎不可能。基于目前的情況,，本文介紹一種利用有源鉗位技術(shù)在雙晶體管正激上實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)方法,，并給出實(shí)際的設(shè)計(jì)案例及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　l 雙晶體管正激有源鉗位軟開(kāi)關(guān)" title="有源鉗位軟開(kāi)關(guān)">有源鉗位軟開(kāi)關(guān)的工作原理

　　雙晶體管正激有源鉗位軟開(kāi)關(guān)主電路如圖1所示,。

　　參閱圖2至圖7,，詳細(xì)講述雙晶正激有源鉗位開(kāi)關(guān)電源" title="開(kāi)關(guān)電源">開(kāi)關(guān)電源的工作過(guò)程如下：

　　1)功率傳輸階段(t0～t1)，如圖2所示,，該階段第一主開(kāi)關(guān)管VT1和第二主開(kāi)關(guān)管VT2同時(shí)導(dǎo)通,，而鉗位開(kāi)關(guān)管VTR1處于關(guān)斷狀態(tài)。加在變壓器上的輸入電壓使勵(lì)磁電流線性上升,，初級(jí)向次級(jí)經(jīng)變壓器傳輸能量,。次級(jí)VD1導(dǎo)通，VD2截止,，L1上的電流線性上升,，整流濾波后供給負(fù)載RL。在此條件下VD1和VD2剛好ZVS下導(dǎo)通,，因其體二極管先前已經(jīng)在導(dǎo)通狀態(tài)(如圖6所示)

　　2)諧振階段(t1～t2),，如圖3所示，在占空比的控制下,，第一主開(kāi)關(guān)管VT1和第二主開(kāi)關(guān)管VT2在t1時(shí)刻同時(shí)關(guān)斷,，變壓器磁芯極性反轉(zhuǎn)。因輸入電源和變壓器的勵(lì)磁電感的作用給VT1和VT2的寄生電容COSS1,，COSS2充電,，由于電容電壓不能突變，第一主開(kāi)關(guān)管VT1和第二主開(kāi)關(guān)管VT2在ZVS狀態(tài)下關(guān)斷,。同時(shí)變壓器的勵(lì)磁電流開(kāi)始給鉗位開(kāi)關(guān)管VTR1的寄生電容COSS放電,，經(jīng)VTR1的體二極管給鉗位電容CR1充電。次級(jí)VD1截止,，VD2導(dǎo)通,，L1經(jīng)過(guò)VD2續(xù)流繼續(xù)給負(fù)載RL供電。

　　3)有源鉗位階段(t2～t3),，如圖4和圖5所示,，在亡2時(shí)刻鉗位開(kāi)關(guān)管VTR在ZVS狀態(tài)下開(kāi)啟，由于VTR1的體二極管先前已開(kāi)通,，VTRl的UDS電壓很低,。鉗位開(kāi)關(guān)管VTR1在整個(gè)階段處于開(kāi)通狀態(tài)，變壓器勵(lì)磁電流經(jīng)過(guò)鉗位開(kāi)關(guān)管VTR1繼續(xù)給鉗位電容CR1充電,，鉗位電容CR1充滿以后經(jīng)變壓器勵(lì)磁電感放電,。次級(jí)在整個(gè)階段由L1續(xù)流經(jīng)VD2給負(fù)載供電,，VD1截止。

　　4)諧振階段(t2～t4),，如圖6所示,，t3時(shí)刻鉗位開(kāi)關(guān)管VTR1在ZVS狀態(tài)下關(guān)斷(VTR1的寄生電容使電壓不能突變)，由于變壓器初級(jí)電流仍然反向流動(dòng),，磁芯極性反轉(zhuǎn),，使第一主開(kāi)關(guān)管VT1和第二主開(kāi)關(guān)管VT2的寄生電容COSS放電，在t3后VD1導(dǎo)通,，VD2截止,；然后其主開(kāi)關(guān)管的體二極管導(dǎo)通把能量全部送回輸入電源與負(fù)載，變壓器磁芯完成磁復(fù)位,。此時(shí)主開(kāi)關(guān)管VT1和VT2的UDS電壓為零，t4時(shí)刻同時(shí)開(kāi)啟第一主開(kāi)關(guān)管VT1和第二主開(kāi)關(guān)管VT2做到ZVS導(dǎo)通,。在t4完成后,，開(kāi)關(guān)周期又返回到t0～t1的狀態(tài)。

　　其中t1～t2和t3～t4的諧振時(shí)間是實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)的關(guān)健,，可以調(diào)節(jié)使零電壓開(kāi)關(guān)做到最佳,。

　　本文介紹的雙晶體管正激有源鉗位開(kāi)關(guān)電源同時(shí)擁有單晶正激有源鉗位和雙晶正激兩者的優(yōu)點(diǎn)，適合于高壓中大功率應(yīng)用,，并且磁芯得到有效的復(fù)位,，磁芯利用率得到提高，占空比可以超過(guò)0．5,，甚至可以達(dá)到0．7,。如果輸入電壓為380V，占空比在0．7時(shí),，主開(kāi)關(guān)管反壓也才634V左右,，在高電壓應(yīng)用中有較大的好處，做到了零電壓開(kāi)關(guān),，效率比雙晶正激有較大的提高,，同時(shí)也減少了EMI的干擾。而次級(jí)波形無(wú)死區(qū)時(shí)間,，適合采用自驅(qū)動(dòng)同步整流,，對(duì)低電壓大功率輸出有很大的好處，頻率也可以相應(yīng)的提高,，可節(jié)省磁芯材料,，減小體積，初次級(jí)開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力也相應(yīng)減小,。

　　雙晶正激有源鉗位軟開(kāi)關(guān)電源還有另一種結(jié)構(gòu),，如圖8所示,。其結(jié)構(gòu)與圖1所示的雙晶正激有源鉗位軟開(kāi)關(guān)電源基本相似，只鉗位開(kāi)關(guān)管VTR3以及鉗位電容CR3設(shè)置在副邊,，鉗位電容CR3一端與變壓器的同名端相連,，另一端與鉗位開(kāi)關(guān)管VTR3的D極相連，鉗位開(kāi)關(guān)管VTR3的S極與變壓器的異名端相連,，請(qǐng)參閱圖8,。其工作原理同在初級(jí)鉗位相差不多，這里不再講述,。

　　2 實(shí)際波形結(jié)果

　　我們實(shí)際用一般雙晶體管正激的產(chǎn)品經(jīng)過(guò)改進(jìn),，將其調(diào)整為上述的有源鉗位方式，其實(shí)際的雙晶體管工作波形如圖9～圖12所示,。

　　從以上實(shí)際的波形來(lái)看,，兩個(gè)晶體管的UDS電壓比原來(lái)的硬開(kāi)關(guān)低了不少，有利于設(shè)計(jì)中選擇MOSFET開(kāi)關(guān)管,，同時(shí)選擇一樣規(guī)格的材料其電壓余量提高不少,，增加了產(chǎn)品可靠度。另外從圖中我們很明顯的可以看出在MOSFET的導(dǎo)通與關(guān)斷基本是零電壓導(dǎo)通與關(guān)斷,，降低了開(kāi)關(guān)損耗,。同時(shí)對(duì)電磁兼容也有很大的好處。

　　圖13為次級(jí)變壓器+12V輸出繞組波形,。

　　從這個(gè)波形圖我們可以看到正向電壓39V,，負(fù)向電壓26V，占空比為0．42,。所以次級(jí)整流部分的組件耐壓可以比原本的規(guī)格降下來(lái)很多,，這對(duì)效率提升有很大的好處。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　本文介紹的線路目前已經(jīng)在實(shí)際運(yùn)用中得到驗(yàn)證,，它充分體現(xiàn)了文中講述的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn),，對(duì)于材料選用余量，產(chǎn)品效率提升起到了很大的好處,。運(yùn)用這個(gè)線路做的大功率服務(wù)器電源1000W實(shí)例目前不僅滿足了80PLUS銀牌的標(biāo)準(zhǔn),，再在二次輸出整流及材料選擇上稍加改善，完全可以達(dá)到金牌的標(biāo)準(zhǔn),。所以此線路可讓廣大電源設(shè)計(jì)者在線路選擇上多一個(gè)有益的方案,。