摘要:簡(jiǎn)要的介紹了反激式開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)和緩沖電路存在的問(wèn)題，提出零電壓開(kāi)關(guān)的電路拓?fù)洌敱M地分析了各階段的工作過(guò)程，提出了控制方式和實(shí)現(xiàn)方法，分析了本文電路的性能和需要注意的問(wèn)題。

敘詞:零電壓開(kāi)關(guān)零電流開(kāi)關(guān)緩沖電路

反激 式 開(kāi) 關(guān)電源以電路簡(jiǎn)單電磁干擾相對(duì)小而得到廣泛應(yīng)用，對(duì)開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓尖峰和EMI也提出了更高的要求，通常減小EMI的方法主要是采用自激型反激式開(kāi)關(guān)電源，用開(kāi)關(guān)速度相對(duì)慢的雙極晶體管作為主開(kāi)關(guān);加大緩沖電路電容量來(lái)降低關(guān)斷過(guò)程的dz/dt,di/dt產(chǎn)生的EMI用減緩導(dǎo)通過(guò)程減小開(kāi)通EMI，付出的代價(jià)是電源效率下降，發(fā)熱量大，可靠性下降。因而需要一種低EMI,高效的反激式開(kāi)關(guān)電源，軟開(kāi)關(guān)反激式開(kāi)關(guān)電源，便是比較理想的解決方案。

1 零電壓開(kāi)關(guān)

零 電壓 開(kāi) 關(guān)反激式開(kāi)關(guān)電源主電路如圖1

主要波形 如圖2，電路工作過(guò)程分為四個(gè)階段:開(kāi)關(guān)管關(guān)斷及緩沖電路作用階段，變壓器釋放儲(chǔ)能階段，緩沖電路復(fù)位階段，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通階段。

1.1 開(kāi)關(guān)管關(guān)斷及緩沖電路作用階段

圖 2波 形 中，t。一t。期間為開(kāi)關(guān)管關(guān)斷及緩沖電路作用階段，等效電路如圖3，在t。時(shí)刻控制電路將開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，變壓器初級(jí)電流由開(kāi)關(guān)管向緩沖電容器轉(zhuǎn)移，開(kāi)關(guān)管電流下降，緩沖電容器電流上升，開(kāi)關(guān)管電流下降，直到零變壓器初級(jí)電流全部轉(zhuǎn)移到緩沖電容器，等效電路如圖3，開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷過(guò)程結(jié)束開(kāi)關(guān)管關(guān)斷過(guò)程的長(zhǎng)短取決于開(kāi)關(guān)管自身特性和控制電路，一般為開(kāi)關(guān)周期的1/100 - 1/201〕或百納秒左右。由于緩沖電容器上的電壓不能躍變，使開(kāi)關(guān)管關(guān)斷過(guò)程中漏、源電壓很低接近于零，實(shí)現(xiàn)了“零電壓.關(guān)斷。為確保“零電壓”關(guān)斷，緩沖電容器應(yīng)取較大值，這樣開(kāi)關(guān)管在關(guān)斷過(guò)程結(jié)束時(shí)緩沖電容器電壓仍為很小值，變壓器初級(jí)電壓極性沒(méi)有改變，輸出整流二極管陽(yáng)極反向電壓不能導(dǎo)通，變壓器初級(jí)電流仍需流過(guò)緩沖電容器，直到緩沖過(guò)程結(jié)束。緩沖過(guò)程的持續(xù)時(shí)間約為開(kāi)關(guān)周期1/20左右，與開(kāi)關(guān)周期相比相對(duì)很短，變壓器初級(jí)電流變化很小，為分析方便可以認(rèn)為變壓器初級(jí)電流不變，這樣緩沖電容器電壓為:

其中I,"為t:時(shí)刻變壓器初級(jí)電流值，可近似為‘。時(shí)刻值。當(dāng)級(jí)沖電容器電壓上升到、二E;e十VR ( VR為穩(wěn)壓電源輸出電壓反射到變壓器初級(jí)側(cè)電壓值)后，即k時(shí)刻，輸出整流二極管導(dǎo)通，變壓器儲(chǔ)能經(jīng)輸出整流二極管想輸出端釋放，變壓器初級(jí)電流為零。電路進(jìn)入變壓器釋放儲(chǔ)能階段。

1.2 變壓器釋放儲(chǔ)能階段

當(dāng) 、 上升 到E}+Vo后，輸出整流二極管導(dǎo)通，電路進(jìn)人變壓器釋放儲(chǔ)能階段，對(duì)應(yīng)t，一t，期間，等效電路如圖4.

變壓 器 通 過(guò)次級(jí)繞組、輸出整流二極管向輸出端釋放儲(chǔ)能。變壓器次級(jí)電流為:

 

 
其中/do)為開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)變壓器初級(jí)電流反射到次級(jí)側(cè)電流值，L,為變壓器次級(jí)電感，V.為輸出電壓

  

變壓 器 次 級(jí)電流降到零，變壓器儲(chǔ)能全部釋放，輸出整流二極管自然關(guān)斷，電路進(jìn)人緩沖電路復(fù)位階段。

1.3 緩沖電路復(fù)位階段

緩沖 電 路 復(fù)位階段對(duì)應(yīng)t,一‘。期間為使緩沖電容器在下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期能起到緩沖作用，保證開(kāi)關(guān)管“零電壓”關(guān)斷和“零電壓”開(kāi)通，需將緩沖電容器放電，將電荷全部泄放，即復(fù)位。與有損耗緩沖電路不同，無(wú)損耗緩沖電路采用LC諧振方式將緩沖電容器復(fù)位，本文電路的復(fù)位電感為變壓器初級(jí)電感。電路如圖5當(dāng)變 壓 器 儲(chǔ)能釋放盡，由于緩沖電容器上電壓，。高于電源電壓E，緩沖電容器通過(guò)變壓器初級(jí)電感以LC諧振方式將緩沖電容器電壓復(fù)位，由于復(fù)位過(guò)程緩沖電容器電壓將低于E‘十V ,輸出整流二極管自然關(guān)斷，等效電路為:

由此 可 見(jiàn) ，本文提出的零電壓開(kāi)關(guān)電路，除關(guān)斷緩沖、緩沖電路復(fù)位外，變壓器均處于增加或釋放儲(chǔ)能狀態(tài)，沒(méi)有間歇狀
態(tài)，與常規(guī)PWM控制方式不同。當(dāng)“ = ‘。 一t，時(shí)，c09tut二1，這時(shí)緩沖電容器電壓為零或最低，復(fù)位過(guò)程應(yīng)結(jié)束，使復(fù)位過(guò)程結(jié)束的唯一辦法是開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通后，電路進(jìn)人開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通階段。

1.4 開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通階段

開(kāi)關(guān) 管 導(dǎo) 通階段為3t一t‘階段，當(dāng)緩沖電容器上電壓降到零或最低時(shí)，開(kāi)關(guān)管在零電壓或最低電壓導(dǎo)通，變壓器電流上升，等效電路如圖6

變壓器初級(jí)電流為

2、控制方式

反激 式 開(kāi) 關(guān)電源工作在電流斷續(xù)模式時(shí)，穩(wěn)壓過(guò)程遵守能量守衡原理，即式(7)，由式(7),(8)得

由( 9) ,( 10)或可知，調(diào)節(jié)輸出功率、穩(wěn)定輸出電壓可以調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間或占空比或調(diào)頻方式或幾種方式綜合應(yīng)用。當(dāng)輸出功率下降或電源電壓上升，導(dǎo)通時(shí)間減小，反之導(dǎo)通時(shí)間增加;隨輸出功率的增加或減小變壓器初次級(jí)電流峰值均增加或減小，由式(3)可知變壓器的釋放儲(chǔ)能時(shí)間也隨之增加或減少，為實(shí)現(xiàn)“零電壓”開(kāi)關(guān)，變壓器不能工作在間歇狀態(tài)，因此F%IM控制方式不能滿足本文電路的“零電壓”開(kāi)通的要求。基于 上 述 工作條件的約束，本文電路應(yīng)采用輸出電壓反饋控制導(dǎo)通時(shí)間，用“零電壓”檢測(cè)控制開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)刻，即調(diào)頻、 調(diào)占空比工作方式。具體電路可以采用通用器件組合，如圖70

3 電路性能分析

本文 提 出 的“零電壓”開(kāi)關(guān)方式.復(fù)位過(guò)程也無(wú)損耗，基本消除了開(kāi)關(guān)過(guò)程中的開(kāi)關(guān)損耗，因此效率高，通常高于85%相對(duì)有損耗緩沖電路整機(jī)電源效率高5-10%，不僅如此由于“零電壓”開(kāi)關(guān)在開(kāi)通過(guò)程中基本上實(shí)現(xiàn)了零電壓開(kāi)通，同時(shí)電感電流也為零，使開(kāi)通過(guò)程既無(wú)能量交換(包括寄生參數(shù)的能量交換)又使輸出整流二極管在緩沖電路復(fù)位過(guò)程中有充分時(shí)間和緩變電壓下緩慢反向恢復(fù)，開(kāi)通時(shí)刻因寄生振蕩所產(chǎn)生的輸出電壓尖峰和EMI大幅度降低，由于零電壓關(guān)斷和較大容t緩沖電容器使關(guān)斷過(guò)程避免了大的dv/dt，抑制了變壓器漏感和二極管開(kāi)通造成的寄生振蕩，因而開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)刻的輸出尖峰電壓和EMU也很小，基本上消除了常規(guī)有損耗緩沖電路對(duì)以致開(kāi)關(guān)電壓尖峰抑制現(xiàn)象。

盡管 電 路 原理分析可以實(shí)現(xiàn)“零”或極低的輸出電壓尖峰和EMU,實(shí)際上由于各種原因的寄生振蕩仍然存在，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生不同程度的輸出電壓尖峰和E閉，因此適當(dāng)減緩開(kāi)關(guān)過(guò)程有時(shí)是必要的，也可以采用開(kāi)通過(guò)程的比例驅(qū)動(dòng)。由于零電壓開(kāi)關(guān)消除了變壓器儲(chǔ)能釋放盡后緩沖電容器與變壓器初級(jí)電感的寄生振蕩，有利于減小變壓器的損耗。本文 提 出 的反激式開(kāi)關(guān)電源零電壓開(kāi)關(guān)電路的過(guò)電流保護(hù)應(yīng)采用逐周峰值電流限制方式，在過(guò)電流狀態(tài)下將不是零電壓開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)損耗將增加，因此應(yīng)輔之以“打隔”保護(hù)方式。