有源鉗位正激變換器的功率損耗分析

　　此模態(tài)鉗位電路的總電阻RT4為：

　　根據(jù)以上討論，可得一個(gè)開關(guān)周期變換器的功率總損耗是：

4.最優(yōu)電感的確定

　　已有許多文獻(xiàn)指出，此變換器穩(wěn)態(tài)工作時(shí)模態(tài)1的損耗遠(yuǎn)大于其他開關(guān)模態(tài)的損耗，為簡化分析，一般用P1代替一個(gè)開關(guān)周期的功率總損耗，則模態(tài)1的損耗P1重新表示為：

　　式（11）又可寫為下面式（12）的形式

現(xiàn)P1對Lm求微分，得式（13）

　　現(xiàn)令式（13）等于零可求出Lm的值。P1對
　　Lm求二次微分得式（14）：

　　根據(jù)數(shù)學(xué)理論可知，如果上面求得的Lm值使得式（14）大于零，就存在最小的功率損耗。也就是說可以根據(jù)式（13），式（14）找到最優(yōu)的Lm使變換器的功率損耗最小。

　　對圖1所給的實(shí)驗(yàn)電路，設(shè)定匝數(shù)比為n=3,輸入電壓Vi=48V, Io=10A, Vo=3.3V, t1=1.5×10-6s,T=5×10-6s,R=0.3Ω,可以得到功率損耗與勵(lì)磁電感的關(guān)系曲線如圖8所示。

　　由上圖可看出，不同的勵(lì)磁電感值對應(yīng)不同的損耗值，由圖所得到的最小功率損耗值及其對應(yīng)的勵(lì)磁電感值與根據(jù)式（12），式(13)精確計(jì)算得到的最小損耗值P1 =1.1584W，Lm =429micro;H基本吻合。

　　以上討論的是有源鉗位正激變換器穩(wěn)態(tài)時(shí)的功率損耗，是忽略了變壓器漏感，不考慮主開關(guān)和鉗位開關(guān)寄生電容的簡化分析結(jié)果。在實(shí)際的電路中，變壓器的漏感和主開關(guān)的等效寄生輸出電容作用，使得勵(lì)磁電流可能會產(chǎn)生直流偏置的問題[4]，可以通過減少漏感或調(diào)節(jié)勵(lì)磁電感的大小來使得勵(lì)磁電流的直流偏置最小。另外，勵(lì)磁電感的大小也決定了主開關(guān)管零電壓軟開通是否能夠?qū)崿F(xiàn)。因?yàn)楫?dāng)變壓器勵(lì)磁電感Lm減少，勵(lì)磁電流足夠大時(shí)，勵(lì)磁電流除了提供負(fù)載電流外，剩余部分可用來幫助主開關(guān)和鉗位開關(guān)的寄生電容充放電，使主開關(guān)漏源極電壓有可能諧振到零，從而實(shí)現(xiàn)主功率開關(guān)管的零電壓軟開通，進(jìn)而減少開通損耗。但又要考慮到軟開通的代價(jià)是變壓器的勵(lì)磁電流和開關(guān)管導(dǎo)通電流峰峰值大幅增加，開關(guān)管及變壓器電流應(yīng)力和通態(tài)損耗明顯加大。所以在變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，勵(lì)磁電感的選擇很關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮以上因素，在堅(jiān)持效率優(yōu)先的前提下，盡量使設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)。

5.結(jié)語

　　本文分析和討論了有源鉗位正激變換器穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的功率損耗，得出它與勵(lì)磁電感之間的關(guān)系。表明在一定的磁鏈關(guān)系下，存在著一個(gè)最優(yōu)的勵(lì)磁電感，使得變換器的功率損耗最小，效率最優(yōu)。
對于有源鉗位正激變換器。本文所提出的有關(guān)勵(lì)磁電感的觀點(diǎn)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，在設(shè)計(jì)一個(gè)確定匝數(shù)比的隔離變壓器時(shí)十分有用。