一种有源箝位Flyback软开关电路设计

L_m>=牛8）

式中：η为变换器效率；

f_s为开关频率；

P_o^CCM为变换器的输出功率。

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，L_m一般取为

L_m=（9）

2.2 电感L_r的设定

为了实现S₁的ZVS，t₅时刻储存在L_r内的能量足以令S₁的输出结电容C_r1放电到零，同时使S₂的输出结电容C_r2充电到最大。即

L_ri_Lrmin²>=C_r1v_ds1²＋C_r2v_ds2²（10）

则有

L_r>=牛11）

式中：v_ds=v_ds1=v_ds2≈V_in＋NV_o；

C_r=C_r1＋C_r2。

根据式（4）取定合适的谐振周期可以令

i_Lrmin≈i_Lrmax=i_Lrmmax≈＋（12）

代入式（11）得

L_r>=牛13）

2.3 电容C_clamp的设定

根据式（4）有

π(1－D)T（14）

化解得

C_clamp（15）

在满足式（15）的前提下，取定合适的C_clamp令i_Lrmax=i_Lrmin。

2.4 死区时间的确定

为了实现S₁的ZVS，必须保证在t₆到t₇时间内，S₁开始导通。否则L_r上电流反向，重新对C_r1充电，这样S₁的ZVS条件就会丢失。因此，S₂关断后、S₁开通前的死区时间设定对S₁的ZVS实现至关重要。合适的死区时间为电感L_r与S₁及S₂的输出结电容谐振周期的1/4，即

t_dead1=（16）

严格地讲，开关管输出结电容是所受电压的函数，为方便起见，在此假设C_r1与C_r2恒定。

2.5 有效占空比D_eff的计算

有效占空比D_eff比开关管S₁的占空比D略小。

D_eff=D－ΔD（17）

ΔDT≈2（18）

ΔD≈（19）

代入式（17）得

D_eff=D－（20）

2.6 开关管电压应力计算

≈V_in＋NV_o＋（21）

式（21）中第三项相对来说较小，故开关管的电压应力接近于V_in＋NV_o。

3 实验结果

为了验证上述ZVS的实现方法，设计了一个实验电路，其规格及主要参数如下：

输入电压V_in 48V；

输出电压V_o 12V；

输出电流I_o 0～5A；

工作频率f 100kHz；

主开关S₁及S₂ IRF640；

变压器激磁电感L_m 144μH；

变压器原副边匝数比n=N 8/3；

电感L_r 10μH；

电容C_clamp 2μF。

图4给出的是负载电流I_o=2A时的实验波形。从图4（e）及图4（f）可以看到，S₁和S₂都实现了ZVS。图5给出了两种Flyback电路的效率曲线，可以看到，有源嵌位Flyback软开关电路有效地提升了变换器的效率。

(a) 流过开关管S₁电流 (b) 流过开关管S₁电流

(c) 流过开关管L_r电流 (d) 流过副边二极管D电流

(e) 开关管S₁软开关波形

(f) 开关管S₂软开关波形

图4 实验波形（I_o=2A）

图5 效率曲线

4 结语

有源嵌位Flyback软开关电路在实现主开关及辅助开关ZVS的同时，也实现了输出整流二极管的自然关断，因此，有效地减少了开关损耗，提高了变换器效率。另外，它也大大地降低了开关管的电压应力，这从实验波形中可以看得比较清楚。