[發明專利]一種非互補反激有源鉗位變換器

有效

• 申請號: 201410028299.1
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN103795260A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 黃天華;張少維
• 申請（專利權）人: 廣州金升陽科技有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華

技術領域

本發明涉及一種開關電源變換器，具體地說是一種非互補反激有源鉗位變換器。

背景技術

隨著電力電子領域迅猛的發展使得開關變換器應用的越來越廣泛，特別是人們對高功率密度、高可靠性和小體積的開關變換器提出了更多的要求。一般傳統的小功率AC/DC變換采用反激拓撲實現，其具有結構簡單、成本低廉等優點；但是由于變壓器存在漏感的影響，反激變換器主開關管的電壓鉗位方式包括RC緩沖吸收、RCD鉗位，LCD鉗位以及有源鉗位。有源鉗位不但可以吸收漏感能量并以正激的形式將能量回饋到輸出端，而且可以充分利用漏感的能量實現開關管的軟開關，提高開關變換器的效率。

目前傳統反激有源鉗位變換器電路原理圖通常如圖1-1和圖1-2所示，開關變換器主開關管鉗位包括兩種鉗位方式，即NMOS開關管鉗位和PMOS開關管鉗位。以圖1-1為例，其穩態工作時各點工作波形如圖3所示，Vgs_sw、Vgs_sa分別為主開關管Sw、鉗位開關管Sa的驅動電壓波形，Vds_sw、Vds_sa分別為主開關管Sw、鉗位開關管Sa的電壓波形，Ic是鉗位電容Cc電流波形。其中，主開關管Sw和鉗位開關管Sa的驅動電壓可由如圖2所示的PWM控制信號分時電路獲得。

假設主開關管Sw占空比為D，則鉗位開關管Sa占空比為（1-D），為了避免主開關管Sw和鉗位開關管Sa共通需留有一定死區時間，工作周期為T。在T0時刻主開關管Sw導通，原邊電流流經激磁電感Lm進行激磁，變壓器激磁電流線性增加，副邊整流二極管D截止，變壓器存儲能量。在T1時刻主開關管Sw關斷，原邊激磁電流給主開關管Sw輸出電容充電、鉗位開關管Sa輸出電容放電。當鉗位開關管Sa漏源兩端電壓Vds_sa下降為零后其體二極管導通，T3時刻開通鉗位開關管Sa，實現了鉗位開關管Sa的零電壓導通。變壓器釋放能量，副邊整流二極管D導通，原邊激磁電感被副邊鉗位在-NVo，變壓器漏感ILk與鉗位電容Cc進行諧振，經過1/2個周期后T4時刻關斷鉗位開關管Sa，由于電感電流不能突變，此時主開關管Sw輸出電容放電、鉗位開關管Sa輸出電容充電，當主開關管Sw漏源兩端電壓為零后其體二極管導通，在T6時刻主開關管導通，實現了主開關管Sw的零電壓導通。

由于鉗位電容值較大，原邊主開關管Sw漏源兩端電壓鉗位效果好，幾乎沒有高頻振蕩。同時有源鉗位實現了原邊主開關管Sw和鉗位開關管的零電壓開通，降低了開關損耗。

傳統反激有源鉗位變換器鉗位電路對諧振電感、鉗位電容參數敏感，參數比較固定，適用范圍小。而且鉗位電路循環能量大，在滿載情況下效率可以得到有效提升，但是輕載效率則很低。除此之外，傳統反激有源鉗位變換器只能應用在定頻控制中，意味著輕載效率很難優化。

針對如上所述問題的不足，浙江大學碩士論文“非互補反激有源箝位變換流器的研究”基于傳統反激有源鉗位變換器的優勢，提出了一種輕載效率更高、控制靈活的非互補反激有源鉗位變換器控制策略，這種控制方法在保證反激變換器原邊主開關管實現軟開關特性的前提下，可以采用變頻控制，輕載降頻；減小鉗位電路的循環能量，提高效率；減小鉗位開關管電流等級，降低電路成本。

非互補反激有源鉗位變換器電路原理圖如圖1-1和圖1-2所示，與傳統反激有源鉗位變換器電路原理圖一樣，只是控制策略進行了創新。非互補反激有源鉗位變換器控制策略激磁電流連續工作模式和激磁電流斷續工作模式下穩態工作時各點工作波形如圖4-1和圖4-2所示。

以圖1-1和圖4-1為例，其工作原理為：在T0時刻主開關管Sw導通，原邊電流流經激磁電感進行激磁，變壓器激磁電流線性增加，副邊整流二極管D截止，變壓器存儲能量。在T1時刻主開關管Sw關斷，原邊激磁電流給主開關管Sw輸出電容充電、鉗位開關管Sa輸出電容放電。變壓器釋放能量，副邊整流二極管D導通，原邊激磁電感被副邊鉗位在-NVo，當鉗位開關管Sa漏源兩端電壓降為零后其體二極管導通，變壓器漏感ILk與鉗位電容Cc進行諧振，漏感能量傳遞到鉗位電容Cc中，由于鉗位開關管Sa體二極管具有單向導通性，漏感能量諧振到鉗位電容Cc后鉗位回路斷開，能量一直儲存在鉗位電容Cc中。在T4時刻鉗位開關管Sa導通，副邊整流二極管導通，原邊激磁電感Lm被鉗位在-NVo，鉗位電容Cc與漏感進行諧振，將鉗位電容能量傳遞到漏感。在T5時刻鉗位開關管Sa關斷，漏感電流不能突變，主開關管Sw輸出電容放電、鉗位開關管Sa輸出電容充電，當住開關管Sw漏源兩端電壓為零后其體二極管導通，在T6時刻主開關管Sw開通，實現了主開關管Sw的零電壓開通。