一種多路輸出軍用車載電源的設(shè)計

2）諧振復(fù)位正激變換器變壓器上的電壓尖峰（最終反映到v_DS的電壓尖峰）是由變壓器漏感L_S與電容C諧振造成的，而RCD復(fù)位正激變換器變壓器上的電壓尖峰是由變壓器漏感L_S與開關(guān)管S的結(jié)電容諧振造成的。由于電容C的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開關(guān)管S的結(jié)電容，諧振復(fù)位電壓尖峰的諧振周期要遠(yuǎn)大于RCD復(fù)位電壓尖峰的諧振周期，因此，在變壓器漏感L_S上的負(fù)載電流能量一定的情況下，諧振復(fù)位的電壓尖峰幅度要比RCD復(fù)位的電壓尖峰幅度低得多。從另一個角度理解，可以認(rèn)為諧振復(fù)位正激變換器在開關(guān)管D－S間并聯(lián)的電容C起到了吸收電壓尖峰的作用。

3）RCD復(fù)位正激變換器的激磁能量和漏感能量全部消耗在電阻R上，而諧振復(fù)位正激變換器的激磁能量和漏感能量基本上沒有消耗，見圖8(b)。但是由于諧振復(fù)位正激變換器在開關(guān)導(dǎo)通之前，電容C兩端的電壓為V_in，因此有CV_in²的能量消耗在開關(guān)管開通過程中。

4）從圖8(b)及圖9(b)i_Lm波形可以看到，諧振復(fù)位正激變換器變壓器磁偏比較小，而RCD復(fù)位正激變換器變壓器磁偏較大。

以上分析可以得知，兩種復(fù)位方式的正激變換器都有各自的優(yōu)點，但缺點也比較明顯，在某些時候設(shè)計起來有較大的瓶頸。這就不難想到將兩種復(fù)位方式結(jié)合起來，來軟化它們各自的缺點，同時還能帶來新的優(yōu)點，即諧振RCD復(fù)位正激變換器。

圖10(a)所示的即為諧振RCD復(fù)位正激變換器，可以看到在線路上它就是諧振復(fù)位正激變換器和RCD復(fù)位正激變換器的結(jié)合。圖10(b)是諧振RCD復(fù)位正激變換器的主要工作波形。諧振RCD復(fù)位正激變換器在一個周期內(nèi)可以分為5個階段。

(a) 諧振RCD復(fù)位正激變換器

(b) 諧振復(fù)位RCD正激變換器工作波形

圖10 諧振RCD復(fù)位正激變換器電路及工作波形

（1）階段1〔t₀～t₁〕 t₀時刻主開關(guān)S開通，變壓器上承受輸入電壓，激磁電流線形上升。副邊二極管D_R1導(dǎo)通。

（2）階段2〔t₁～t₂〕 t₁時刻S關(guān)斷，首先發(fā)生的是諧振復(fù)位，漏感上的貯存能量向電容C₂轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生一個電壓尖峰（這是漏感和電容C₂的諧振）。然后激磁電感和漏感加在一起和電容C₂諧振。因變壓器上電壓為下正上負(fù)，所以副邊整流二極管D_R1截止，續(xù)流二極管D_R2導(dǎo)通。

（3）階段3〔t₂～t₃〕 當(dāng)復(fù)位電壓諧振到超過C₁上的電壓，二極管D就導(dǎo)通，激磁電流流向電容C₁。成為RCD復(fù)位的狀態(tài)。此時激磁電流線性下降。這也保證了復(fù)位電壓不會過高，從而使得開關(guān)管的電壓應(yīng)力得到控制。當(dāng)激磁電流下降到零，該狀態(tài)結(jié)束。

（4）階段4〔t₃～t₄〕 激磁電流下降到零之后，二極管D就截止。但是，C₂上的能量又會回饋給激磁電感，也就是說，此時是C₂和激磁電感發(fā)生諧振。C₂上電壓下降，激磁電流反向增加。直到C₂上電壓下降到與輸入電壓相等，也就是變壓器上電壓下降到零，該狀態(tài)結(jié)束。

（5）階段5〔t₄～t₅〕 變壓器上電壓只要出現(xiàn)一個微小的上正下負(fù)的值，副邊二極管D_R1就導(dǎo)通，激磁電流流過D_R1。但是該電流不足以提供負(fù)載電流，所以，續(xù)流管D_R2也繼續(xù)保持導(dǎo)通，提供不足部分的負(fù)載電流。同時D_R1和D_R2共同導(dǎo)通也保證了變壓器上電壓為零，激磁電流保持不變。該狀態(tài)一直保持到開關(guān)管S的再次導(dǎo)通。

諧振RCD復(fù)位正激變換器諧振電容C₂的取值應(yīng)該小于諧振復(fù)位正激變換器的諧振電容C，這樣在諧振復(fù)位階段（階段2和階段4）復(fù)位電壓的上升和下降比較快，所以在同是t₂時間內(nèi)完成復(fù)位的情況下，諧振RCD復(fù)位正激變換器的平臺電壓要比諧振復(fù)位低，接近RCD復(fù)位正激變換器的平臺電壓。由于C₂小于C，但比開關(guān)管的結(jié)電容還是大很多，因此諧振RCD復(fù)位正激變換器變壓器的電壓尖峰比諧振復(fù)位的略大，而比RCD復(fù)位的小很多。從以上分析得到，諧振RCD復(fù)位正激變換器變壓器的電壓平臺及尖峰都較低，因此，開關(guān)應(yīng)力較低。而在激磁能量損耗（有部分的激磁能量回饋），開關(guān)損耗（C₂C），變壓器磁偏（見各種復(fù)位方式的激磁電流波形）方面，諧振RCD復(fù)位正激變換器是諧振復(fù)位正激變換器和RCD復(fù)位正激變換器的折衷。

6 飽和電感的應(yīng)用

由于該電源裝置是低壓大電流輸入和輸出，所以，二極管上的反向恢復(fù)問題相當(dāng)嚴(yán)重，尤其是正激變換器的續(xù)流二極管D_R2。圖11(a)是正激變換器的D_R2上的電壓波形，可以看到有很高的電壓尖峰。這不僅增加了損耗，抬高了所需器件的額定電壓值，而且對于電磁兼容也是非常不利的。采用飽和電感和二極管串聯(lián)，如圖11(b)所示，可以大大削弱二極管的反向恢復(fù)，同時又不會增加很多損耗。加了飽和電感后，二極管D_R2上電壓波形如圖11(b)所示?？梢钥吹郊恿孙柡碗姼泻?，D_R2上的電壓尖峰從將近160V降到了80V。

(a) 不加飽和電感 (b) 加飽和電感

圖11 加飽和電感前后DR2兩端的電壓波形

7 結(jié)語

本文闡述了要求非常高的軍用車載電源的設(shè)計及實驗過程中的一些特殊問題的解決措施，也提出了一些新穎的觀點。這些觀點對以后的開關(guān)電源設(shè)計有一定的借鑒作用。