一種有源箝位Flyback軟開關(guān)電路設(shè)計(jì)

2 軟開關(guān)的參數(shù)設(shè)計(jì)

假定電路工作在CCM狀態(tài)。由于S₂的軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)是L_r與L_m聯(lián)合對(duì)C_r1及C_r2充放電，而S₁的軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)是單獨(dú)的L_r對(duì)C_r1及C_r2充放電。因此，S₂的軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)比較容易，而S₁的軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)相對(duì)來說要難得多。所以，在參數(shù)設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵是要考慮S₁的軟開關(guān)條件。

電流連續(xù)模式有源嵌位Flyback變換器ZVS設(shè)計(jì)步驟如下所述。

2.1 變壓器激磁電感L_m的設(shè)定

由于L_r的存在，變換器的有效占空比D_eff（根據(jù)激磁電感L_m的充放電時(shí)間定義，見圖2）要小于S₁的占空比D，但是由于t₅～t₈時(shí)刻i_Lr的上升速度非常的快，所以可近似地認(rèn)為D_eff=D。這樣，根據(jù)Flyback電路工作在CCM條件，則

L_m>=牛8）

式中：η為變換器效率；

f_s為開關(guān)頻率；

P_o^CCM為變換器的輸出功率。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了保證電路在輕載時(shí)也能工作在電流連續(xù)模式，L_m一般取為

L_m=（9）

2.2 電感L_r的設(shè)定

為了實(shí)現(xiàn)S₁的ZVS，t₅時(shí)刻儲(chǔ)存在L_r內(nèi)的能量足以令S₁的輸出結(jié)電容C_r1放電到零，同時(shí)使S₂的輸出結(jié)電容C_r2充電到最大。即

L_ri_Lrmin²>=C_r1v_ds1²＋C_r2v_ds2²（10）

則有

L_r>=牛11）

式中：v_ds=v_ds1=v_ds2≈V_in＋NV_o；

C_r=C_r1＋C_r2。

根據(jù)式（4）取定合適的諧振周期可以令

i_Lrmin≈i_Lrmax=i_Lrmmax≈＋（12）

代入式（11）得

L_r>=牛13）

2.3 電容C_clamp的設(shè)定

根據(jù)式（4）有

π(1－D)T（14）

化解得

C_clamp（15）

在滿足式（15）的前提下，取定合適的C_clamp令i_Lrmax=i_Lrmin。

2.4 死區(qū)時(shí)間的確定

為了實(shí)現(xiàn)S₁的ZVS，必須保證在t₆到t₇時(shí)間內(nèi)，S₁開始導(dǎo)通。否則L_r上電流反向，重新對(duì)C_r1充電，這樣S₁的ZVS條件就會(huì)丟失。因此，S₂關(guān)斷后、S₁開通前的死區(qū)時(shí)間設(shè)定對(duì)S₁的ZVS實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。合適的死區(qū)時(shí)間為電感L_r與S₁及S₂的輸出結(jié)電容諧振周期的1/4，即

t_dead1=（16）

嚴(yán)格地講，開關(guān)管輸出結(jié)電容是所受電壓的函數(shù)，為方便起見，在此假設(shè)C_r1與C_r2恒定。

2.5 有效占空比D_eff的計(jì)算

有效占空比D_eff比開關(guān)管S₁的占空比D略小。

D_eff=D－ΔD（17）

ΔDT≈2（18）

ΔD≈（19）

代入式（17）得

D_eff=D－（20）

2.6 開關(guān)管電壓應(yīng)力計(jì)算

≈V_in＋NV_o＋（21）

式（21）中第三項(xiàng)相對(duì)來說較小，故開關(guān)管的電壓應(yīng)力接近于V_in＋NV_o。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證上述ZVS的實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)電路，其規(guī)格及主要參數(shù)如下：

輸入電壓V_in 48V；

輸出電壓V_o 12V；

輸出電流I_o 0～5A；

工作頻率f 100kHz；