高效小型化開(kāi)關(guān)電源設計方案

1 引言
開(kāi)關(guān)電源是利用現代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源。從上世紀90年代以來(lái)開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設備領(lǐng)域，計算機、程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源。隨著(zhù)電源技術(shù)的發(fā)展，低電壓，大電流的開(kāi)關(guān)電源因其技術(shù)含量高，應用廣，越來(lái)越受到人們重視。在開(kāi)關(guān)電源中，正激和反激式有著(zhù)電路拓撲簡(jiǎn)單，輸入輸出電氣隔離等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于中小功率電源變換場(chǎng)合。跟反激式相比，正激式變換器變壓器銅損較低，同時(shí)，正激式電路副邊紋波電壓電流衰減比反激式明顯，因此，一般認為正激式變換器適用在低壓，大電流，功率較大的場(chǎng)合。
2 基本技術(shù)
2.1 有源鉗位技術(shù)
正激DC/DC變換器其固有缺點(diǎn)是功率晶體管截止期間高頻變壓器必須磁復位。以防變壓器鐵心飽和，因此必須采用專(zhuān)門(mén)的磁復位電路。通常采用的復位方式有三種，即傳統的附加繞組法、RCD鉗位法、有源鉗位法。三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：磁復位繞組法正激變換器的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟可靠，磁化能量可無(wú)損地回饋到直流電路中去，可是附加的磁復位繞組使變壓器結構復雜化,變壓器漏感引起的關(guān)斷電壓尖峰需要RC緩沖電路來(lái)抑制，占空比D0.5，功率開(kāi)關(guān)管承受的電壓應力與輸入電源電壓成正比。RCD鉗位正激變換器的優(yōu)點(diǎn)是磁復位電路簡(jiǎn)單，占空比D可以大于0.5，功率開(kāi)關(guān)管承受電壓應力較低,但大部分磁化能量消耗在鉗位電阻中，因此它一般適用于變換效率不高且價(jià)廉的電源變換場(chǎng)合。有源鉗位技術(shù)是三種技術(shù)中效率最高的技術(shù)，它的電路圖如圖1所示，工作原理如圖2所示。在 DT時(shí)段之前，開(kāi)關(guān)管S1導通，激磁電流iM為負，即從Cr通過(guò)S1流向Tr，在DT階段，開(kāi)關(guān)管S的驅動(dòng)脈沖ugs使其導通，同時(shí)ugs1=0，使S1 關(guān)斷，在Vin的作用下，激磁電流由負變正，原邊功率通過(guò)變壓器傳到副邊，給輸出端電感L充電；在（1－D）T時(shí)段，ugs=0，S關(guān)斷，ugs1到來(lái)使 S1導通，iM通過(guò)S1的反并二極管向Cr充電，在Cr和Tr漏感構成的諧振電路的作用下，iM由正變負，變壓器反向激磁。從以上分析中可以看出：有源鉗位正激變換器變壓器鐵心工作在雙向對稱(chēng)磁化狀態(tài)，提高了鐵心利用率，鉗位電容的穩態(tài)電壓隨開(kāi)關(guān)占空比而自動(dòng)調節，因而占空比可大于50％；Vo一定時(shí)，主開(kāi)關(guān)、輔助開(kāi)關(guān)應力隨Vin的變化不大；所以，在占空比和開(kāi)關(guān)應力允許的范圍內，能夠適應較大輸入電壓變化范圍的情況。不足之處是增加了一個(gè)管子，使得電路變得復雜。

圖1 有源鉗位同步整流正激式電路圖

圖2 有源鉗位電路工作原理圖