反激式开关电源准谐振变换的实现

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1、万方数据《电气应用》2005年第24卷第3期·芬艺—岁乡r·反激式开关电源准谐振变换的实现李雄杰(浙江工商职业技术学院应用电子系315012)摘要围绕着提高开关电源效率，介绍了软开关技术和准谐振变换概念，分析了反激式开关电源准谐振变换的电路组成、工作原理、控制方式和频率特性，介绍了实现准谐振变换的电路设计。关键词准谐振变换软开关技术去磁检测1引言开关电源若工作在硬开关(Hardswitching)状态，开通时，开关管的电流上升和电压下降同时进行；关断时，电压上升和电流下降也同时进行。电压、电流波形的交叠产生了开关损耗。为提高开关电源的效率，就必须减

2、小开关管的开关损耗，也就是要求开关电源工作在软开关(Softswitching)状态。所谓软开关就是在开关管的关断或开通瞬间，使开关管的管压降为零(称零电压开关)或使开关管的电流为零(称零电流开关)。在软开关技术中，有全谐振、准谐振、多谐振等变换形式。所谓谐振变换就是利用电感和电容的谐振，对开关管的电压、电流的波形进行整形，使开关管在管压降为零或电流为零时关断或开通。对于单管反激式开关电源，引入准谐振变换来提高开关电源的效率，是一种比较理想的方式。2基本电路与工作原理2．1反激式开关电源基本电路图1所示为反激式开关电源的基本电路，它由MOS开关管V

3、T、开关变压器T、整流二极管T———-一图1反激式开关电源基本电路一llo—VO、滤波电容c。、缓冲电容CD等组成，C。又是谐振电容。2．2准谐振变换工作原理为清楚地说明准谐振变换工作原理，将图1电路等效为图2电路。图2中开关管vT和二极管VD均设定为理想器件，变压器二次侧变换为一次侧且变压器用一个电感￡。代替，cD包括场效应管输出电容及变压器绕组分布电容，n=N。／N。为变压器匝数比。图2等效电路‰J—]_——一厂卜～磁化—1r去磁—卜．谐振叫图3工作波形准谐振变换的工作波形如图3所示，在准谐振变换中，每个周期可分为4个不同的时间段，各时万方数据

4、反激式开关电源准谐振变换的实现《电气应用》2005年第24卷第3期间段分析如下：(1)磁化时段to～tl在磁化时段，MOS开关管导通，两端，电流线性增大，电流变化率为diLUidf一三。ui加到￡p此时能量被存储在一次侧电感中(称磁化Magnetization)，开关管漏极电压“D=0，CD端电压也为0，此时整流二极管VD截止。在￡=t，时，MOS开关管被关断，磁化时段结束，变换时段开始。(2)变换时段t】～t2在变换时段开始时，开关管电流迅速减至零，CD被充电，即开关变压器一次侧电流由开关管向电容器CD转移。随着CD的充电，开关管漏极电压uD从0

5、上升到ui+nU。(nU。为U。反射到变压器一次侧的电压值)。由于C。两端电压不能突变，使开关管在关断过程中的漏、源电压接近于零，实现了“零电压”关断。在变换时段，电流iL从对应于Ui／￡。的正导数，转换成对应于一nU。／L。的负导数。(3)去磁时段t2～￡3在去磁时段中，二极管VD开始导通，电流i。．给输出端电容c。充电，产生nU。电压。换句话说，磁场能量转化为C。中的电场能量，即变压器将去磁(Demagnetization)。在去磁时段，电流线性减小，电流变化率为蝗dt一等L(2)一．＼-／在去磁时段，开关管漏极(CD两端)电压MD为ui+／I

6、U。。当电流iL降为0时，去磁时段结束，谐振时段开始。(4)谐振时段t，一t。在t，时刻开始，存储于电容器CD的能量将与电感L。谐振，其电压和电流的波形为正弦波。un电压为uD5Ui+nU。cos∞Dt(3)式中，OJ。=_兰。当经过半个周期的谐振，即√￡pCD∞Dt=∞D(t4一t3)=丌时，开关管漏极电压将从ui+nU。下降到Ui—nU。，即漏极电压降到了谷点。随后，开关管重新开通，进入下一个工作周期。从以上四个时段的分析可知，谐振元件仅参与某一时段的能量变换，没有全程参与，故称为准谐振变换。2．3控制方式与频率特性2．3．1控制方式从以上准谐

7、振变换四个时段的分析可知，如果将开关管控制在漏极电压降到谷点时开通，开通时刻开关管的漏极电压为Ui—nU。，从而基本实现“零电压”开通，使开通损耗最小，于是提高了电源效率。若开关管在去磁时段没有结束时就开通，也就是开关电源没有工作在准谐振方式，而是工作在硬开通方式，开通时刻开关管的漏极电压为u；+nU。，开通损耗最大。要使开关电源工作在准谐振零电压开通方式，关键是要设计一个去磁检测控制电路，即当电源去磁时段没有结束时阻止开关管重新导通，而且通过控制，使开关管在去磁时段结束且经过半个周期的谐振(开关管漏极电压降到谷点)时开通。2．3．2频率特性在准谐

8、振方式中，电源输出功率尸。为￡，；艿2P。=青(4)厶Lp／式中厂——电源工作频率艿——占空比由式(4)可知，改变开关管的