單端有源箝位DC/DC變換器

摘要：?jiǎn)味苏な郊胺醇な阶儞Q器的性能，因采用了有源箝位/恢復(fù)技術(shù)而大大增強(qiáng)。其優(yōu)點(diǎn)是效率高，對(duì)外干擾及器件應(yīng)力小。本文介紹了兩種有源箝位電路拓?fù)洌瑢?duì)電路工作狀態(tài)進(jìn)行了分析，對(duì)磁化電流和負(fù)載電流之間的關(guān)系進(jìn)行了推導(dǎo)。最后，對(duì)這種有源箝位的DC/DC變換器的優(yōu)點(diǎn)，作了歸納。

關(guān)鍵詞：功率變換開關(guān)電源

1引言

在開關(guān)電源里，可把直流電壓從一個(gè)電平變換到另一個(gè)電平。諸如buck電路，boost電路以及buck－boost電路。但是，當(dāng)要求把相當(dāng)高的直流電壓變換到相當(dāng)?shù)偷闹绷麟妷簳r(shí)，常規(guī)變換技術(shù)的效率較低，特別是當(dāng)變換器的工作頻率在1MHz以上時(shí)，開關(guān)損耗變得特別大。

圖1電路就是常規(guī)的buck（正激式）變換器。該變換器在正常工作期間，開關(guān)管S1導(dǎo)通，把輸入電壓和輸出電壓之差加在電感L1上，使電感L1中的電流增加，并對(duì)輸入電容CS充電；該電流又送至負(fù)載RL上。當(dāng)開關(guān)S1關(guān)斷時(shí)，電感L1極性反向使二極管D1導(dǎo)通，然后，電流流經(jīng)D1和L1，其幅度是逐漸下降的，直到S1再導(dǎo)通為止，又開始下一個(gè)工作周期。

圖2為常規(guī)的buckboost變換器，它用變壓器T把輸入及輸出電壓隔離開來(lái)。該變換器可使輸出電壓的幅值大于或小于其輸入電壓的幅值。此電路的缺點(diǎn)是開關(guān)管電流和二極管電流均比基本的buck或boost變換器的電流大。

本文所介紹的具有有源箝位的DC/DC功率變換器，可以在1MHz以上的開關(guān)頻率下，以零電壓諧振變換來(lái)工作。電路中，只需要一個(gè)磁芯兼作電感和變壓器。通過(guò)改變?cè)驯龋垣@得所需要的電壓。對(duì)其輸出特性的控制和普通的變換器拓?fù)湟粯?。用零電壓諧振變換和變壓器隔離技術(shù)，對(duì)磁芯無(wú)特殊要求。該電路控制部分采用脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM），工作頻率高，效率也高，且輸入輸出隔離。

2電路結(jié)構(gòu)說(shuō)明

圖1常規(guī)的buck變換器電路

圖2常規(guī)的buck－boost變換器電路

圖3為本文重點(diǎn)介紹的具有有源箝位的DC/DC變換器電路。電路中采用了三只開關(guān)管S1、S2及S3，變壓器T，變壓器初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的濾波電容分別為Ci和Cs。為分析方便，假定電容足夠大，電容電壓在整個(gè)開關(guān)周期內(nèi)為恒定值；變壓器初次級(jí)繞組的耦合系數(shù)為1；開關(guān)管是理想的，即無(wú)功耗，并且能通過(guò)正反任一方向的電流。此外，在分析中，只考慮單輸出形式，要輸出幾種電壓，可以增加次級(jí)繞組。

通常是用普通的定時(shí)電路（未畫出）來(lái)控制三個(gè)開關(guān)管的工作。其控制波形如圖4所示。在工作時(shí)，有源箝位開關(guān)S1和同步開關(guān)S3由同一信號(hào)ug來(lái)驅(qū)動(dòng)

圖3具有有源箝位的DC/DC變換器

圖4圖3電路工作波形圖中iLPM的峰峰值為

圖5S2導(dǎo)通電路狀態(tài)

圖6S1、S3導(dǎo)通電路狀態(tài)