1 引言
反激變換器具有電路拓撲簡潔,、輸入輸出電氣隔離、電壓升/降范圍寬,、易于多路輸出等優(yōu)點,，因而是機內(nèi)輔助開關(guān)電源理想的電路拓撲。
然而,，反激變換器功率開關(guān)關(guān)斷時漏感儲能引起的電壓尖峰必須用箝位電路加以抑制,。由于RCD箝位電路比LCD箝位、有源箝位電路更簡潔且易實現(xiàn),，因而 RCD箝位反激變換器在小功率變換場合更具有實用價值[1],。將RCD箝位反激變換器與峰值電流控制技術(shù)結(jié)合在一起，便可獲得高性能的電力電子變換器機內(nèi)輔助開關(guān)電源,。本文主要論述這類機內(nèi)輔助開關(guān)電源原理,，首次提出了箝位電路等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計準則，并給出了設(shè)計實例與試驗結(jié)果,。
2 機內(nèi)輔助開關(guān)電源的原理
1）功率電路
功率電路采用RCD箝位反激變換器,，如圖1所示。當功率開關(guān)S關(guān)斷時,，儲能變壓器T的漏感能量轉(zhuǎn)移到箝位電容C中,，并在電阻R上消耗。功率開關(guān)S關(guān)斷電壓尖峰得到了有效的抑制,。
圖1 RCD箝位反激變換器電路拓撲
圖2 不同R、C值時箝位電容電壓波形
然而,，箝位電路參數(shù)對反激變換器的性能有重要的影響,。不同R、C值時,，箝位電容電壓波形如圖2所示,。圖2（a）中，C
取值較大,，C上電壓緩慢上升,，副邊反激過沖小，變壓器原邊能量不能迅速傳遞到副邊,；圖 2（b）中,，R,、C值合適，C上電壓在開關(guān)管截止瞬間沖上去,，然后二極管D截止,，電容C通過電阻R放電，到功率管開通瞬間,，C上電壓應(yīng)放到接近（N1/N2）Uo,；圖2（c）中，R,、C均偏小,，C上電壓在管子截止瞬間沖上去，然后因為RC時間常數(shù)小,，C 上電壓很快放電到等于（N1/N2）Uo,，此時RCD箝位電路將成為反激變換器的死負載，消耗儲存在變壓器中的能量,，效率降低,。
2）控制方案
機內(nèi)輔助開關(guān)電源采用UC3843芯片峰值電流控制技術(shù)。電流控制技術(shù)使系統(tǒng)具有瞬態(tài)響應(yīng)快,、穩(wěn)定性高,、輸出電壓精度高、內(nèi)在限流能力強,、易并聯(lián)等優(yōu)點,。但占空比大于50%時，控制環(huán)變得不穩(wěn)定,，抗干擾性能差,，需斜坡補償。
3）電路組成
機內(nèi)輔助開關(guān)電源電路組成,，如圖3所示,。220V50HzAC經(jīng)EMI濾波器、整流橋后得到270VDC,，再經(jīng)RCD箝位的反激變換器變換成三路輸出+ 15VDC（0.8A）,、-15VDC（0.15A）、+5VDC（0.2A）,，電流控制芯片UC3843由自饋電繞組N5供電,。R10是電流檢測電阻， R12是斜坡補償電阻,。
圖3 機內(nèi)輔助開關(guān)電源電路組成
3 關(guān)鍵電路參數(shù)設(shè)計
1）儲能式變壓器
電流臨界連續(xù)時原邊電感
（1）
式（1）中,，Uimin為變壓器原邊輸入的最小直流電壓，Ts為開關(guān)周期，Po為輸出功率,，η為變換效率,。儲能式變壓器磁芯氣隙為
（2）
式（2）中，B為鐵芯工作磁感應(yīng)強度,，Sc為鐵芯截面積,，K為最小輸出功率與額定輸出功率之比。原邊繞組匝數(shù)為
（3）
原,、副邊繞組匝數(shù)比為
（4）
式（4）中，UD為輸出整流二極管壓降,、Uo2為副邊繞組N2輸出電壓。同理可求得其它匝比,。
2）RCD箝位電路
功率管截止時,，漏感能量等于箝位電容C吸收的能量，則
（5）
式（5）中,，Llk為變壓器漏感,、I1P為原邊電感電流峰值、UDS為最大漏源電壓,、Ureset為電容C初始電壓,、Ui為輸入直流電壓。箝位電容C上的電壓只是在功率管關(guān)斷的一瞬間沖上去,，然后應(yīng)一直處于放電狀態(tài),。在功率管開通之前，箝位電容C上的電壓不應(yīng)放到低于（N1/N2）Uo,，否則二極管D導通,，RCD箝位電路將成為該變換器的死負載。箝位電阻R要滿足
（6）
箝位二極管D的電壓應(yīng)力為Ui+（N1/N2）Uo,，峰值電流為原邊電感峰值電流I1P,。
3）功率開關(guān)
功率開關(guān)S的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力分別為
（7.a）
（7.b）
式（7.b）中，I1av為原邊電感電流平均值,，ΔI為原邊電感電流脈動值,。
4）整流二極管
整流二極管D6的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力分別為
（8.a）
（8.b）
同理計算其它整流二極管承受的電壓和電流應(yīng)力。D2的作用是阻止啟動時輸入電壓對死負載R4供電,，使得C2上的電壓迅速上升,，從而使UC3843快速啟動。
5）死負載R4的選取
死負載R4消耗的功率按額定功率的5%來設(shè)計,，其大小為
（9）
6）輸出濾波電容
（10）
式（10）中,，K%=Uopp/Uo，Uopp為輸出電壓紋波峰峰值，R為負載電阻,。
4 機內(nèi)輔助開關(guān)電源試驗
機內(nèi)輔助開關(guān)電源設(shè)計實例：額定輸出功率15W,，輸入電壓220V±10%50HzAC或270VDC±10%,三路輸出分別為+15VDC （0.8A）、-15VDC（0.
15A）,、+5VDC（0.2A）,，開關(guān)頻率為40kHz，儲能式變壓器磁芯選用鐵氧體 R2KBD GU30,、繞組匝數(shù)N1/N2/N3/N4/N5=391/8/17/17/17,，磁芯氣隙0.31mm，最大占空比0.6,，臨界連續(xù)時輸出功率為1/6 額定功率,，箝位電阻取為68kΩ，箝位電容取為2.2nF高頻瓷電容,，箝位二極管取為肖特基二極管MUR180（1A /800V）,，整流二極管D3、D6,、D8選用肖特基二極管IN5819（1A/40V）,，D7選用肖特基二極管IN5822（3A/40V）。
機內(nèi)輔助開關(guān)電源試驗波形,，如圖4所示,。圖4（a）是功率開關(guān)柵源電壓,占空比為0.6；圖4（b）是功率開關(guān)漏源電壓,其關(guān)斷電壓尖峰得到有效抑制,；圖4 （c）是箝位電容C9電壓波形,；圖4（d）是原邊繞組N1電壓波形,電壓尖峰小,；圖4（e）是電流檢測電阻R10上電壓波形,；圖4（f）是采用斜坡補償后 UC3843的3腳采樣信號電壓波形，斜坡補償后采樣信號電壓上升率高于電流檢測電阻R10上電壓上升率,，提高了電路的抗干擾能力,。由于該電源額定輸出功率為15W，其變換效率達75%是相當高的,。試驗結(jié)果證實了理論分析的正確性,。
5 結(jié)論
1）RCD箝位電路能有效地抑制變壓器漏感引起的功率開關(guān)關(guān)斷電壓尖峰，在小功率變換場合具有明顯的優(yōu)點,；
2）給出關(guān)鍵電路參數(shù)設(shè)計公式,，試驗結(jié)果與理論分析一致；
3）該機內(nèi)輔助電源具有功率密度高,、變換效率高,、過載與短路能力強,、可靠性高等優(yōu)良的綜合性能，在AC/AC,、DC/AC,、AC /DC、DC/DC等四類電力電子變換器中具有重要應(yīng)用價值,。