一新型無損箝位電路在單端正激電源中的應(yīng)用

摘要：介紹了一種新型無損箝位電路在單端正激電源中的應(yīng)用, 詳細(xì)分析了工作原理，并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 敘詞：無損箝位 Abstract：Application of a new lossless clamp circuit for single ended forward converter is introduced, the operation principle of this circuit is analysed in detail,and the experiment result is also given. Keyword：lossless clamp
1 引 言

　　在各種隔離式DC/DC變換器中，單端正激式變換器是其中最簡單且適合大電流輸出的一類，因而正激式變換成為低壓大電流功率變換器的首選拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但因其高頻開關(guān)變壓器磁通工作在磁滯回線的一側(cè)，必須進(jìn)行磁復(fù)位，以確保勵(lì)磁磁通在每一個(gè)開關(guān)周期開始時(shí)處于初始值。同時(shí)由于工作在高頻狀態(tài)下，開關(guān)變壓器漏感、分布電容等寄生參數(shù)的影響不能忽略，在開關(guān)轉(zhuǎn)換瞬時(shí)，電抗元件的能量充放致使功率器件承受很大的熱和電應(yīng)力，并可導(dǎo)致開關(guān)管的電壓過沖，這不僅意味著設(shè)計(jì)人員必須選用昂貴的高耐壓功率開關(guān)管，同時(shí)也給電源的可靠性帶來潛在威脅。為此常常還需設(shè)置各種緩沖吸收電路，但這降低了變換器的工作效率。

　　為了解決單端正激式開關(guān)電源中的磁復(fù)位與漏感儲(chǔ)能問題，傳統(tǒng)的解決方案有以下幾種：

　　(1)、采用輔助繞組復(fù)位電路；
　　(2)、采用RCD箝位復(fù)位電路；
　　(3)、采用有源箝位復(fù)位電路。

　　其中方案1要求輔助繞組與初級(jí)繞組必須緊耦合，實(shí)際上因漏感的存在電路中仍需外加有損吸收網(wǎng)絡(luò)，以釋放其儲(chǔ)能；方案2是一種有損復(fù)位箝位方式，因其損耗的大小正比于電路的開關(guān)頻率，（和方案1中外加有損吸收網(wǎng)絡(luò)一樣）這不僅降低了電源本身的效率，也限制了電源設(shè)計(jì)頻率的提高；方案3中需要附加一復(fù)位開關(guān)管與相關(guān)控制電路，增加了電路復(fù)雜性的同時(shí)，也帶來了附加電路損耗與總成本的上升。

　　本文介紹一種新型無損箝位電路，無須額外附加輔助開關(guān)管，電路簡單，可有效降低功率管的電壓應(yīng)力，箝位效果優(yōu)異，且有利于電源工作效率的提高。

2 工作原理

　　新型無損箝位電路（圖1）與上述方案1（圖2）中采用輔助繞組的傳統(tǒng)方法相類似，不同之處是增加一個(gè)箝位電容C2，但功率主回路上無需外加有損吸收網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的方法是在變壓器中附加一個(gè)去磁繞組N3，它與二極管D3串聯(lián)后接到電源輸入正極，N3起到去磁復(fù)位作用，功率管S漏源間并聯(lián)的RC網(wǎng)絡(luò)，用于吸收變壓器的初級(jí)漏感儲(chǔ)能，防止產(chǎn)生過電壓尖峰，保護(hù)功率管S免被擊穿，見圖2所示。圖1中的箝位電路由輔助箝位繞組N3、箝位二極管D3、箝位電容C2組成。輔助箝位繞組N3的與初級(jí)繞組N1相同，目的是為了實(shí)現(xiàn)當(dāng)功率開關(guān)管S漏源間電壓VS上升到2VI時(shí)，加在初級(jí)繞組N1上的電壓等于VI，因N1、N3匝數(shù)相等，箝位繞組N3的電壓也必然是VI，此時(shí)D3恰好正偏導(dǎo)通。

　　下面結(jié)合圖1與圖3具體分析新型無損箝位電路的工作原理。

　　1) T0時(shí)刻為初始狀態(tài)，設(shè)功率開關(guān)管S處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)（B點(diǎn)電壓）VS等于VI，箝位電容C2通過初級(jí)繞組N1、箝位繞組N3被充電至VI，電容極性為左負(fù)右正。

　　2)在T1~T2期間，功率管S導(dǎo)通，由于箝位繞組與初級(jí)繞組電壓相同，參照?qǐng)D1所示的同名端可知，VA為-VI，二極管D3反向偏置截止。在此期間，變換器實(shí)現(xiàn)功率的變換，能量從初級(jí)傳到次級(jí)。

　　3)在T2時(shí)刻，功率管S關(guān)斷，變壓器中的漏感與磁化儲(chǔ)能給功率管等寄生分布電容充電，（B點(diǎn)電壓）VS最終上升到2VI，A點(diǎn)電位也從- VI 上升為+VI ，若此時(shí)B點(diǎn)電位進(jìn)一步上升，二極管D3將正向偏置導(dǎo)通，功率管S漏源間的電壓VS通過電容C2和二極管D3得到有效箝位。

　　4)在T2~T3期間，反射在初級(jí)的負(fù)載電流Io下降，其下降的速率由初級(jí)與次級(jí)間的漏感決定，該電流通過箝位電容C2、箝位二極管D3回流至電源，流過電容C2的電流引起其端電壓上升（設(shè)其增量為dVS），導(dǎo)致B點(diǎn)電位變化為2VI+dVS。

　　5)在T3時(shí)刻，由于出現(xiàn)輸出二極管D1的反向恢復(fù)，反射到的初級(jí)電流Io出現(xiàn)負(fù)值，箝位二極管D3停止導(dǎo)通，因功率管S的漏源間存在輸出電容Cp，（B點(diǎn)電位）VS出現(xiàn)下降直到輸出二極管D1反向反射電流小于初級(jí)磁化電流并在T4時(shí)刻等于零為止。

　　6)在T4~T5期間，正在減少的正向磁化電流將引起B(yǎng)點(diǎn)電位VS再次向2VI上升，直到箝位二極管D3再導(dǎo)通，將VS箝位在比2VI稍高的電位上。