一种带辅助变压器的Flyback变换器ZVS软开关实现方案

零，二极管D自然关断。此时间段

= （12）

由于LmrLm，式（12）可近似为

=（13）

接着Lmr与Lm串联承受输入电压，开始下一个周期。可以看到，在这种方案下，两个开关S1和S2零电压开通，二极管D零电流关断。

2 软开关的参数设计

假定电路工作在CCM状态。由于S2的软开关实现是iLmrmax对Cr1及Cr2充放电，而S1的软开关实现是iLmrmin对Cr1及Cr2充放电，在电路满载情况下，|iLmrmax|>>|iLmrmin|，而且S2的充电电压要大于放电电压（见图2波形vds2），因此，S1的软开关实现要比S2难得多。在参数设计中，关键是要考虑S1的软开关条件。

2.1 主变压器激磁电感Lm的设定

由于Lmr的存在，变换器的有效占空比Deff（根据激磁电感Lm的充放电时间定义，见图2）要小于S1的占空比D，但是，由于t4～t7时间内iLmr的上升速度非常快，所以，可近似认为Deff=D。这样，根据Flyback电路工作在CCM的条件

Lm>=?（14）

式中：η为变换器效率；

fs为开关频率；

为变换器输出功率。

在实际设计中，为了保证电路在轻载时也能工作在电流连续模式，取定

Lm=（15）

2.2 主副变压器原副边匝数比设定

根据LmrLm，及变换器输入输出关系有

（16）

而根据式（8），为了使输出滤波前电流io在t3～t4时间段下降不要太快，最好有N3≤N2。

另外，为了保证t1时刻S1关断时流过副边二极管D的电流iD>0，根据式（7）有

（17）

2.3 辅助变压器激磁电感Lmr设定

为了实现S1的ZVS软开关，在(1－D)T时间内，激磁电感Lmr上电流必须反向，即

(1－D)>iLmrmax（18）

iLmrmax=iLmmax≈（19）

将式（19）代入式（18）得

Lmr（20）

另外，根据Lmr与S1及S2的输出结电容谐振条件

>=?（21）

得

Lmr>=?（22）

Cr=Cr1＋Cr2（23）

而

iLmrmin=(1－D)T－iLmrmax（24）

将式（24）代入式（22）解得

Lmr=（25）

比较式（20）和式（25），Lmr应该根据式（25）来设定。

另外，由式（24）可以发现，输入、输出电压一定时，随着负载的增加，iLmrmax增大〔见式（19）〕，iLmrmin减小，软开关就越不容易实现。所以，Lmr要根据满载时软开关的实现条件来设定。而当输入电压为宽范围时，随着输入电压的减小，iLmrmax增加〔由于电路工作在CCM，满载时式（19）第二项可以忽略〕，iLmrmin表达式第一项减小，iLmrmin减小，软开关就越不容易实现。所以，对于输出负载、输入电压变化的情况，Lmr要根据输出满载、输入电压最小时的软开关实现条件来设定。

同时需要指出，在能实现软开关的前提下，Lmr不宜太小，以免造成开关管上过大的电流应力及导通损耗。

2.4 死区时间的确定

为了实现S1的软开关，必须保证在t5～t6时间内，S1开始导通。否则，Lmr上电流反向，重新对Cr1充电，这样，S1的ZVS软开关条件就会丢失。因此，S2关断后、S1开通前的死区时间设定对开关管S1的软开关实现至关重要。合适的死区时间为电感Lmr与S1及S2的输出结电容谐振周期的1/4，即

tdead1=（26）

一般而言，开关管输出电容是所受电压的函数，为方便起见，在此假设Cr1及Cr2恒定。

2.5 有效占空比Deff的计算

有效占空比Deff比S1的占空比D略小，即

Deff=D－ΔD（27）

根据

ΔiLmr(ΔDT)≈ΔiLmr[(1－D)T]－ΔiLm[(1－DT)]（28）

解得

ΔD≈(1－D)（29）

代入式（27）得

Deff=D－（1－D）（30）

从式（29）可以看出，丢失占空比与输出负载无关。在相同电气规格和电路参数条件下，其值大概为有源箝位Flyback变换器满载时丢失占空比的1/2。

3 实验结果

为了验证上述的ZVS软开关实现方法，本文设计了一个实验电路，其规格及主要参数如下：

输入电压Vin 40～56V；

输出电压Vo 20V；

输出满载电流Io 3A；

工作频率f 100kHz；

S1及S2 IRF640；

主变压器激磁电感Lm 222μH；

主变压器原副边匝数N1：N2：N3 39：15：15；

辅助变压器激磁电感Lmr 10μH；

辅助变压器原副边匝数n1：n2 13：13。

图4给出的是负载电流Io=2.5A时，输出滤波前电流及流过副边二极管D电流的实验波形，其结果与理论分析相吻合。图5～图8分别给出了S1和S2在轻载及满载时的驱动电压、漏源极电压和所流过电流的实验波形。从图中可以看出，当驱动电压为正时，开关管的漏源极电压已经为零，是零电压开通。而当开关管关断时，其结电容限制了漏源极电压的上升率，是零电压关断，由此说明S1及S2在轻载及满载时都实现了ZVS。从开关管漏源极电压与所流过电流的比较也可以看出实现了ZVS。

图4 输出滤波前电流及流过副边二极管D的电流

（测试条件：Vin=48V Io=2.5A）

图5 轻载时S1的驱动