文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
文章編號: 0258-7998(2011)11-0073-03
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(bǔ)。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(jī)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。
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