针对反激式开关电源箝位电路设计分析

针对反激式开关电源箝位电路设计分析

【摘要】本文首先对反激式开关电源钳位电路进行概述，并在此基础上针对反激式开关电源钳位电路的优化设计进行了系统研究。期望通过本文的研究能够对提高反激式开关电源的安全性、可靠性有所帮助。

【关键词】反激式开关电源；钳位电路；优化设计

1.反激式开关电源钳位电路概述

就钳位电路而言，其最为主要的作用是将脉冲信号波形的某一个部分固定于一个电平之上，以此来使其低于设定值。在反激式开关电源当中，钳位电路一般都是设置在主开关管与变压器相连接的位置处，此时该电路的作用是对主电路开关管进行有效保护，同时抑制变压器漏电感与开关管杂散电容的谐振脉冲电压。由于反激式开关电源的主开关管在导通或是截止时，其两端会出现一定程度的电压，同时还会伴随出现一定强度的电流，这样一来，便会导致开关管损耗。为进一步降低整个电路的损耗，在进行钳位电路的设计时，需要充分考虑对主开关管的保护以及尽可能减少电路损耗，从而确保开关管始终处于低电压应力及无损耗的条件下工作，通常将这种情况称之为软开关。软开关的方式通常都是相对于硬开关而言的，开关管在硬开关的工作方式下会出现一定的能量损耗，而在软开关的方式下，则基本处于无损耗的状态。在反激式开关电源中，想要实现开关管在软开关的条件下工作，就必须确保其两端电压或是电流在导通或是截止时有一个数值为零。在这一前提下，可将开关管的工作方式分为以下两种：一种是零电压工作方式，另一种是零电流工作方式。

钳位电路是反激式开关电源当中不可或缺的保护电路，其对于整个电源的安全性以及能量损耗均有着非常重要的影响。在实际使用过程中，反激式开关电源电路当中的元器件很难全部处于理想的状态，加之变压器本身存在一定程度的漏电感，开关管上开会分布杂散电容，这两者均会对开关管构成威胁，故此，必须通过加入钳位电路来有效抑制尖峰电压。在反激式开关电源中，RCD钳位电路是应用比较广泛的一种钳位网络，究其根本原因是其电路结构比较简单，具体是由电阻、电容和二极管构成。在该电路结构当中，电阻具有消耗储存在变压器漏电感中能量的作用，而电容的存在主要是保证能够获得一个低文波的直流源，二极管则具有单向导通功能。当开关管处于截止状态时，RCD钳位电路开始工作，此时变压器的漏电感能量也随之释放，二极管导通并对电容进行充电，当二极管的反向电压超过正向电压时，其便会截止，而电容则会借助电阻进行放电并消耗能量。不同的电容充电时间也均不相同，其对钳位效果的影响也存在一定的差异。通过大量的试验得出如下结论：RCD钳位电路当中的电容过大或是过小都无法达到钳位的效果，鉴于此，确定最为合适电容值至关重要。

2.针对反激式开关电源钳位电路的优化设计研究

从目前反激式开关电源的钳位电路设计的总体情况看上，其逐步朝着提升电

源电路的可靠性和高效性方向发展，与此同时，在实现诸多功能的基础上，钳位电路的设计也随之变得复杂化。然而，由于受多方面条件的影响和制约，使得反激式电源开关的钳位电路设计还存在一些不足之处。故此，下面本文重点对钳位电路的优化设计进行分析。

2.1电路结构与基本工作原理分析

经过优化之后得到了低钳位电压ZVS反激式开关电源，如图1所示。

图1 低钳位电压反激式开关电源电路结构示意图

由图1可知，该电源为双开关，其中主开关管有两个，分别为S1和S2；辅助开关管有两个，分别为S3和S4；输出整流二极管位于变压器的副边，用字母D表示；输出端的滤波电容为Co，其与输入端通过变压器（T）相连接，T还具备电气隔离的作用；Cos1、Cos2、Cos3和Cos4分别为开关管S1～S4的杂散电容，且C=C=C=C；d1、d2、d3、d4分别为S1～S4的体二极管。Cc1与Cc2分别为钳位电路部分的钳位电容；Llk为（T）的漏电感，LM为（T）的原边电感，原边与副边电感的匝数比为n1：n2；全部开关管的周期均为Ts，可用1/ 来表示。该钳位电路经过优化之后，开关管的驱动电路较之单开关电路复杂很多，以一个工作周期为例，S1与S2同时导通和截止，而S3与S4则会在S1与S2截止一段时间后自动导通，并在S1与S2导通前的一段时间截止。通过对开关管之间的导通次序进行合理控制，能够有效确保全部开关管均在ZVS的方式下运行，并且S1～S4开关管的电压应力均钳位于比输入电压低。

2.2电源优化后的稳态分析

为了对优化之后的钳位电路特性进行系统分析，将某个周期内的电路工作时序状态分为三个阶段，并假定各个时序全部处于稳定状态，以此作为前提进行具体分析：

阶段1：（t

阶段2：（t

阶段3：（t

前驱动S3与S4导通，这样便可以为S3与S3实现ZVS的工作方式。

在上述三个阶段内，电源实现了能量的传递，通过对优化设计后的钳位电路在各阶段作用的分析后得出如下结论：优化设计的钳位能够实现全部开关管的电压钳位，并使开关管始终处于ZVS的方式下工作。由此可知，本文提出的优化设计方法合理、可行，具有一定的推广使用价值。

3.结论

总而言之，随着反激式开关电源技术的迅猛发展，一些应用场合对此类电源的各方面性能提出了更高的要求。通过相关研究后发现，设计一种低钳位电压漏电感能量循环利用无开关损耗的钳位电路，能够使反激式开关电源的安全性、稳定性和可靠性大幅度提高，并且可以满足大多数应用场合的使用要求，这对于反激式开关电源的推广具有非常重要的现实意义。

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