一种新型双正激开关电源拓扑研究

的变化范围，从而有利于减少绕组匝数，充分利用铁芯和减小变压器体积，应设法使励磁磁势在两开关管均不导通期间维持在正向或负向最大值不变。这就要求在L1和L2两原边绕组均不导通的情况下,由其它副边绕组提供励磁续流磁势，然而通过计算机仿真和实验研究的结果都表明，在直流侧电压较高而变压器原、副边变比较大的情况下，仅仅依靠类似于L4所在的副边整流回路提供励磁续流，其波形是很差的，远不能达到理想的三电平PWM控制效果。正是针对这一问题，本方案专门设计提出了一种励磁续流回路，如图1中右侧L3所在的回路所示。回路中MOS管M7、M8均带有反并联二极管。在主电路半桥的上下两管都不导通的时候，通过同时开通这两只开关管，来维持主磁通的励磁磁势及励磁电流的连续性，由于该回路电阻很小，励磁电流近似维持不变。

　　3．PWM控制信号产生电路

　　主电路的PWM控制信号由SG3525产生出来。由于SG3525的控制简单且相关资料很多[3][4]，在这里不详细给出它的周边电路。SG3525根据变压器副边反馈的电压信号Vfd调整输出PWM控制信号的占空比，如图2所示。由于主电路采用双端正激式结构，门极驱动信号也需要隔离，因此SG3525输出端接于变压器T2原边两端，两个副边分别以相反的极性来驱动开关管门极。至于励磁续流回路中两个开关管的门极控制信号的控制逻辑，可以采用SG3525的两个输出信号的“或非”得到，从而保证在OUTA、OUTB有一个为高电平时，G3、G4就都输出低电平。只有当两个输出均为低电平时，G3、G4才为高电平，进而驱动励磁续流回路开通。

　　4．自举电路分析

　　作为实际能够应用的产品，必须要做到能够自启动，也就是自举。要利用上电时的输入直流高压，来得到能够提供给控制芯片的初始电源，在主电路变压器真正开始工作后，在某个副边产生一定的电压，再利用此电压经过一定的处理作为工作电压提供给控制芯片，这样整个电路就可以正常工作了。

　　在许多开关电源的方案中，或者根本没有提出自启动的解决方案，或者采用的是直接利用大电阻将主电路直流侧高电压分压得到，在整个电源工作时期内，它都要提供电压，消耗许多能量，从而使得系统的效率大大降低。本方案提出一种有效的解决办法，如图3 所示。在上电初期，初始回路等效电阻较小，一旦工作电压建立起来，初始回路等效电阻变为很大，而且也不必为控制电路提供电源，因而提高了系统的效率。图3中Vd为主电路输入侧直流电压，V为由某次级线圈提供的输出直流电压，R1阻值很大，R2相对R1要小得多。刚上电时，V为零，开关S1断开。因此MOS管TR1导通。经过稳压管稳压后作控制芯片的初始电源。一旦副边电压建立起来后，S1闭合，进而拉低TR1的栅极电压，使其关断。需要注意的是，R2可以取得很小；同时，支路的电阻R1由于场效应管栅极电流极小的缘故，阻值可以取得很大。这一点避免了传统的方案中电阻必须较小以提供足够大的电流的缺点，从而提高了工作效率。

　　5. 仿真及实验波形分析

　　5.1 仿真波形

　　基于上面的电路原理分析，有助于理解以下给出的计算机仿真结果。本方案的可行性研究是通过Pspice8.0软件仿真来完成的。它的强大功能很适用于电力电子电路的原理及性能分析。仿真采用Pspice内置的元器件：主电路的MOS管采用IRFD150，高频变压器的模型由电感元件L和耦合系数元件K构造而成。MOS管的开关频率为40kHz，仿真时间为10ms。选取暂态仿真即得到如图4中所示几组波形，它可以更充分完整地说明前面分析的原理。

　　以下将分析各波形的产生原理及相互联系。鉴于主电路变压器原边上下桥臂工作情况类似，只需观察上桥臂的工作情况就可以较清楚地了解整个电路的工作原理。图4（a）展示的是加在主MOS管M1门极的PWM控制芯片产生的波形（为了简化仿真，它只是逻辑电平。门极实际的电平变化请参照本文实际测量波形）；而加在M2的门极信号与之类似，只是从时间上交错开。

　　图（c）是原边绕组L1两端的电压：当主MOS管M1导通时，使原边线圈两端作用以的正向电压；当M2导通时，由于L1、L2紧耦合且极性相反，则L1两端为负电压；当M1、M2都关断时，L1两端电压为零。

图（b）是流过绕组L1的电流波形。从中也不难看出在主开关管M1导通时为一条线性增加的直线，由于它还包含了负载电流成分，因而此直线并不是正负对称，而是向上平移了；在M1关断时，L1不流过电流。图（d）所示的是与图（b）相关的励磁续流回路的电流波形。在M1或M2开通时，励磁电流由原边提供，此时该续流回路电流为零；当M1、M2都关断时，励磁电流通过续流回路作用维持恒定的正值或负值，以维持磁通近似