一种带辅助变压器的Flyback变换器ZVS软开关实现方案

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:401

摘要：提出了一种新颖的flyback变换器zvs软开关实现方案。一个较小的辅助变压器与主变压器串联，通过使辅助变压器原边激磁电感电流双向来达到主开关管的zvs软开关条件。该方案实现了主辅开关管的zvs软开关，限制了输出整流二极管关断时的di/dt，并且使变换器在任何负载情况下，都能在宽输入范围内实现软开关。

关键词：zvs软开关；辅助变压器；电流双向

引言

在很多通讯和计算机系统中，需要使用高功率密度、高效率的开关电源。提高开关频率可以减小电感、电容等元件的体积，是目前开关电源提高功率密度的一种趋势。但是，开关频率的提高，开关器件的损耗也随之增加。

图1

为了减小开关电源的开关损耗，提高其开关频率，软开关技术应运而生。软开关技术主要包括两种：零电压软开关（zvs）及零电流软开关（zcs）。在含有mosfet开关器件的变换器拓扑中，零电压软开关要优于零电流软开关。

flyback变换器电路简单，在小功率场合得到了广泛的应用。基于flyback变换器的zvs软开关拓扑也得到了进一步的发展[2][3][4]。最近几年，有源箝位zvs软开关技术被提出[5][6][7]，但它也存在一些缺点[8][9]，比如，轻载时不能实现软开关。

图2

本文提出了一种带辅助变压器的flyback零电压软开关电路，与有源箝位flyback零电压软开关电路相比，它具有以下几个优点：

1）电路在整个负载范围内都能实现软开关；

2）任何负载情况下，电路都可以在宽输入范围中实现软开关；

3）丢失占空比不随输出负载变化而变化，利于电路参数设计。

下面分析了此电路的工作原理及软开关参数的设计，并以实验结果验证了该方案的有效性。

图3

1 工作原理

图1为本文提出的flyback软开关电路，tr为辅助变压器。其两个开关s1及s2互补导通，中间有一定的死区防止共态导通。主变压器t激磁电感lm较大，使电路工作在电流连续模式（ccm），如图2中ilm波形所示。而tr的激磁电感lmr设计得较小（lmrlm），使流过lmr的电流在一个周期内可以反向，如图2中ilmr波形所示。考虑到开关的结电容以及死区时间，一个周期可以分为7个阶段进行分析，各个阶段的等效电路如图3所示。其工作原理描述如下。

1）阶段1〔t0～t1〕该阶段，s1导通，lm与lmr串联承受输入电压，流过lm及lmr的电流线性上升。此时间段

式中：vds2为s2的漏源电压；

vo为变换器输出电压；

n1为t原边绕组匝数；

n2及n3为t副边两个绕组匝数；

n1及n2为tr原副边两个绕组匝数。

2）阶段2〔t1～t2〕t1时刻s1关断，lm上的电流通过t耦合到副边，使二极管d导通，lm两端电压被箝位在

lm上的电流线性下降。

lmr上的电流一部分对s1的输出结电容cr1充电，另一部分通过tr耦合对s2的输出结电容cr2放电。t2时刻，s2的漏源电压下降到零，该阶段结束。

3）阶段3〔t2～t3〕当s2的漏源电压下降到零之后，s2的寄生二极管导通，将s2的漏源电压箝位在零电压状态，也就为s2的零电压导通创造了条件。同时lmr两端被箝位在

lmr上电流线性下降。而s1的漏源电压被箝位在最大电压

4）阶段4〔t3～t4〕t3时刻s2的门极变为高电平，s2零电压开通。流过寄生二极管的电流流经s2。lmr两端依然承受式（3）所示电压v1，lmr上电流线性下降到零然后反向增加。t4时刻，s2关断，该阶段结束。此时间段

5）阶段