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一種Flyback軟開(kāi)關(guān)實(shí)現方法
摘要：提出了一種Flyback電路ZVS軟開(kāi)關(guān)實(shí)現方法，即通過(guò)附加一個(gè)繞組，使激磁電感電流反向，從而來(lái)創(chuàng )造Flyback電路主開(kāi)關(guān)的ZVS軟開(kāi)關(guān)條件；分析了其工作原理及電路參數的設計；最后的實(shí)驗結果驗證了該電路的工作原理及有效性。關(guān)鍵詞：Flyback電路；軟開(kāi)關(guān)；輔助繞組
引言
輕小化是目前電源產(chǎn)品追求的目標。而提高開(kāi)關(guān)頻率可以減小電感、電容等元件的體積。但是，開(kāi)關(guān)頻率提高的瓶頸是開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗。于是軟開(kāi)關(guān)技術(shù)就應運而生。
本文提出了一種帶輔助繞組的Flyback零電壓軟開(kāi)關(guān)實(shí)現方法。通過(guò)對該電路的工作原理分析及實(shí)驗的結果，驗證了該電路的可行性。
1 工作原理
圖1所示的即為本文所提出的軟開(kāi)關(guān)電路，輔助繞組的匝數與輸出繞組相同。開(kāi)關(guān)管S1與S2互補導通，之間有一定的死區防止共態(tài)導通，如圖2所示。電路中激磁電感Lm的取值較小，使電流iLm可以反向以達到主開(kāi)關(guān)S1的ZVS軟開(kāi)關(guān)條件，如圖2（a）及圖2（b）中iLm波形所示。由于電路在輕載及滿(mǎn)載時(shí)的工作狀況有略微不同，下文將具體分析電路輕載時(shí)的工作原理，滿(mǎn)載時(shí)的工作原理將簡(jiǎn)要說(shuō)明�？紤]到開(kāi)關(guān)的結電容以及死區時(shí)間，電路輕載時(shí)一個(gè)周期可以分為7個(gè)階段，其各個(gè)階段的等效電路如圖3所示。其工作原理描述如下。
1）階段1〔t0，t1〕該階段S1導通，Lm承受輸入電壓，激磁電流iLm正向線(xiàn)性增加，從負值變?yōu)檎�。在t1時(shí)刻S1關(guān)斷，iLm達到最大值，該階段結束。
2）階段2〔t1，t2〕S1關(guān)斷后，激磁電感電流開(kāi)始下降，其中一部分對S1的輸出結電容充電，S1的漏源電壓線(xiàn)性上升；同時(shí)另一部分通過(guò)變壓器耦合到副邊使S2的輸出結電容放電，S2的漏源電壓可以近似認為線(xiàn)性下降，t2時(shí)刻S2的漏源電壓下降到零，該階段結束。
3）階段3〔t2，t3〕當S2的漏源電壓下降到零之后，S2的寄生二極管就導通，將S2的漏源電壓箝位在零電壓狀態(tài)，也就是為S2的零電壓導通創(chuàng )造了條件。同時(shí)二極管D也導通。
4）階段4〔t3，t4〕t3時(shí)刻S2的門(mén)極變?yōu)楦唠娖�，S2零電壓開(kāi)通。激磁電感Lm承受反向電壓nVo（n為變壓器原副邊匝數比），Lm上電流線(xiàn)性下降，t4時(shí)刻下降到零，通過(guò)開(kāi)關(guān)管S2及二極管D的電流也同時(shí)下降到零，該階段結束。
5）階段5〔t4，t5〕通過(guò)二極管D的電流下降到零以后，二極管D自然關(guān)斷。而S2繼續導通，Lm上承受電壓nVo，流過(guò)Lm的電流從零開(kāi)始反向線(xiàn)性增加。t5時(shí)刻S2關(guān)斷，該階段結束。
6）階段6〔t5，t6〕此時(shí)激磁電感Lm上的電流方向為負，此電流一部分使S1的輸出結電容放電，使S1的漏源電壓可以近似認為線(xiàn)性下降；同時(shí)另一部分通過(guò)變壓器耦合到副邊對S2的輸出結電容充電，使S2的漏源電壓線(xiàn)性上升。t6時(shí)刻S1的漏源電壓下降到零，該階段結束。
7）階段7〔t6，t7〕當S1的漏源電壓下降到零之后，S1的寄生二極管導通，將S1的漏源電壓箝在零電壓狀態(tài)，也就為S1的零電壓導通創(chuàng )造了條件。t7時(shí)刻接著(zhù)S1在零電壓條件下導通，進(jìn)入下一個(gè)周期�？梢钥吹�，兩個(gè)開(kāi)關(guān)S1和S2都實(shí)現了軟開(kāi)關(guān)。
以上分析的是電路輕載時(shí)的工作原理，電路滿(mǎn)載時(shí)的工作原理與輕載時(shí)略有差別，即不存在二極管D電流下降到零自然關(guān)斷的環(huán)節，二極管D的電流在開(kāi)關(guān)管S2關(guān)斷以后才逐步下降到零，如圖2（b）所示。
2 軟開(kāi)關(guān)參數設計
這里軟開(kāi)關(guān)的參數設計主要是變壓器激磁電感的設計。
激磁電感電流的峰峰值可以表示為
ΔILm=（VinDT）/Lm （1）
式中：D為占空比；
T為開(kāi)關(guān)周期。
則激磁電感電流的最大值和最小值可以表示為：
ILmmax=(VinDT)/2Lm＋Io/n （2）
ILmmin=(VinDT)/2Lm－Io/n （3）
式中：Io是負載電流。
圖3
從上面的原理分析中可以看到S1的軟開(kāi)關(guān)條件是由|ILmmin|使S1的輸出結電容放電，同時(shí)通過(guò)變壓器對S2的輸出結電容充電來(lái)創(chuàng )造的；而S2的軟開(kāi)關(guān)條件是由|ILmmax|對S1的輸出結電容充電，同時(shí)通過(guò)變壓器使S2的輸出結電容放電來(lái)創(chuàng )造的。S1及S2的軟開(kāi)關(guān)極限條件為儲存在Lm上的能量對S1和S2的輸出結電容充放電，足以令其中一結電容放電到零，而另一結電容充電到最大。
這樣S1的極限條件為
S2的極限條件為
式中：C1，C2分別為S1和S2的輸出結電容。
由于在實(shí)際電路中死區時(shí)間比較小，因此可以近似認為在死區時(shí)間內電感Lm上的電流保持不變，即為一個(gè)恒流源對開(kāi)關(guān)管的結電容進(jìn)行放電。在這種情況下的軟開(kāi)關(guān)條件稱(chēng)為寬裕條件。
S1的寬裕條件為
(C2/n2 C1)(nVo＋Vin)≤
|ILmmin|tdead1 （6）
S2的寬裕條件為
(C2/n2 C1)(nVo＋Vin)≤
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