有源钳位正激变换器设计释心分享

根据对电路工作过程的分析可知，在开关管断开期 间，变压器原边绕组的电压极性会反向，因此，主 开关管承受的电压力为输入电压和变压器原边绕组 上的电压之和，
可以清楚的看出VDS的最大值为，
通过对电1.45路工作过程的分析，流过主开关管的电流
由两部分1组.44 成，一部分是变压器激磁电流的值，另一 部分是副1边.43 电流折射到原边的值。由于计算激磁电流 时需要用IDS 1到.42 激磁电感值，而激磁电感值得大小不容易 通过计算1求.41 出，需要通过测量的方法来测出具体的数 值，因此采1.4 用如下公式计算最大漏极电流为，
QR
DR Cossr
Co Vo
T6时刻，QF关断 负载电流由DF换流至DR
主开关管的选取
在有源钳位去磁电路中，无论是硬开关模式，还是 软开关模式，变压器的激磁电感在一个开关周期内 始终遵循伏•秒平衡关系，在忽略漏感影响的情况下， 伏•秒平衡的关系式为，
由于此文设计的主电路采用钳位电容与高频变压器 的原边绕组并联的形式，在复位周期内有，
开关模态3（T2-T3）：DF续流阶段
Lo
Cc Vin
Lr
D2 Q2
Np Ns Lm
1:N
Q1 D1 Coss
QF DF Cossf
Co Vo
QR
DR
Cossr
T2时刻后，Coss电压升高于Vin Io由DR换流至DF,通过DF续流 Lm、Lr和Coss谐振 T3时刻，Coss充至Vin+Vc
开关模态4（T3-T4）：Q2的零电压开通阶段
技术
压开通，励磁能量和漏感能 需要隔离驱动
量回馈到电网
自激式同步整流电路
Lo
Ns 1:N
QF QR
DR Cossr
Cossf DF
Co Vo
第二部分
自激式有源钳位正激变换器
Cc
Vin
Lr
Np Ns D2
Lm
1:N Q2
QF QR
DR Cossr
Lo
Cossf DF
Co Vo
Q1
Coss
D1
开关模态1（T0-T1）：向负边传输能量阶段
Lr
Cc Vin
D2 Q2
Np Ns Lm
1:N
Q1 D1 Coss
Lo QF
DF Cossf QR
DR Cossr
Co Vo
开关模态2（T1-T2）：Coss充电阶段 Lo
Cc Vin
Lr
D2 Q2
Np Ns Lm
1:N
Q1 D1 Coss
QF DF Cossf
Co Vo
QR
DR
Cossr
Im和负载电流Io给Coss充电 T2时刻，Q1漏源极电压升至 Vin QR驱动电压降为零，关断 Io在DR上流通
燕山大学 本科毕业设计（论文）报告
课题名称：有源钳位正激变换器设计 学院（系）： 里仁学院电气工程系
专业：应用电子专业 班级：10-4班
学生姓名：刘长智 指导教师：赵清林
本次毕业设计完成了以下几个方面的内容
• 一是分析了正激变换器的工作原理以及正激变 换器磁复位的方法；
• 二是分析了有源钳位正激变换器的工作原理并 且完成了主电路元件的参数计算；
位技术
（电磁干扰）性能好
MOSFET的导通损耗大大增加，
给器件选择带来了困难
RCD 钳 位 技 术
电路设计简单，成本低，在 对变换效率要求不是很高的 场合具有较高的使用价值
大部分能量消耗在钳位电阻 上，降低了效率，带来了散 热设计的问题
变压器可以双向对称磁化，
有 源 钳 位 磁芯利用率高，钳位管零电 电路复杂性增加，主开关管
Cc Vin
Lr
D2 Q2
Np Ns Lm
1:N
Lo QF
DF Cossf QR
DR Cossr
Co Vo
Q1
T3后D2导通，Im通过D2给Cc充电
D1 Coss
QF导通，Io通过QF续流 T3-T4某一时刻，Q2零电压开通
开关模态5（T4-T5）：变压器磁心反向磁化阶段
Cc Vin
Lr
D2 Q2
Np Ns Lm
1:N
Lo
QF DF Cossf
QR
DR Cossr
Co Vo
Q1
T4时刻，Im将为零
D1
Coss T4之后，在Vc作用下变压器反向磁化 T4之后，Im反向，Io通过QF续流
开关模态6（T5-T6）：Im和Coss再次谐振阶段
Cc Vin
Lr
D2 Q2
Np Ns Lm
1:N
Q1 Coss
• 三是对主电路进行了小信号模型分析，对系统 传递函数进行了分析，完成了补偿环节PI调节器 的设计；
• 四是完成了变换器的开环与闭环仿真；
• 五是对电路的硬件进行了设计； • 六是用Protel绘制出了电路原理图； • 七是完成了一篇外文翻译工作。
第一部分
单端正激变换器
L N1 N2
D1 N3 Vi
V M 2V
G (s) Ve(s)
偏差信号 c
Vc(s)
1
VM
d(s)
占空比
Gvd(s)
+
脉宽调制器
功率变换器
H=0.4 反馈 H(s)
输出电压
Vo(s)
可以得到系统的开环传递函数为 当Gc(s)=1时
有源钳位正激变换器的等效模式
Lo
Cc Vin
Np Ns Lm
N:1
Lm
Co Vo
Vin
采用一个周期内平均化的方法来 给功率级电路建立一个线性模型
Lo Co Vo
可以求出控制对输出的传递函数为 谐振点频率为
系统结构框图
iload(s) 负载电流
Vref(s)
参考输入
Vg(s)
线路输入
Zout(s) Gvg(s)
1.39 0
20
40
60
80
100
120
140
Vin
又因为额定电流一般为实际电流的1.5-2倍，因此， 充分考虑欲量可求得开关管所承受的最大电流值为，
因此选用IR公司的IRF740作为开关管，其规格为： 最大反向电压400V，最大导通电流10A，导通电阻为 0.550Ω。
第三部分
小信号模型的分析
D2
D3
CR
S
当开关S闭合时，电源电压加在高频变压器原边绕组 N1上，建立起励磁磁通。只要磁心不饱和，副绕组 N2上就会感应电势
正激变换器磁复位的方法
• 多谐振复位技术 • RCD钳位技术 • 有源钳位技术 • ……
优缺点对比
优点
缺点
主开关管漏-源极电压应力达
多 谐 振 复 输入电流波形较为平滑，EMI 到 输 入 电 压 的 3—4 倍 ，
D1
Lo
QF DF Cossf
Co Vo
QR
DR Cossr
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T5时刻，Q2关断 Im不能突变，给Coss放电 Q1漏源极电压降为Vin，部分实现 了软开关
开关模态7（T6-T7）：开关管的续流二极管换流 阶段
Lo
Lr
Cc Vin
D2 Q2
Np Ns Lm
1:N
Q1 D1 Coss
QF DF Cossf