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利用有源鉗位技術在雙晶體管正激上實現軟開關的設計方法
發布時間:2022-08-16 閱讀量:653 來源:必威官方网站手机網整理 作者:必威官方网站手机網

中國政府正秉持節能降耗這一國際化趨勢在不斷邁進,這一趨勢在未來幾年還會(hui) 加速,這勢必為(wei) 響應這一國際趨勢的科技型企業(ye) 帶來巨大的機遇。同時對技術薄弱的電源企業(ye) 就是一個(ge) 巨大的考驗。在電源行業(ye) 來講,這幾年大家一直致力於(yu) 80PLUS的產(chan) 品研發,時至今日,這項技術在大的企業(ye) 已經得到普及。接下來的方向就是如何來達到85PLUS的要求。  

 

這對於(yu) 一般的適配器或高電壓直流輸出的電源來講沒有什麽(me) 問題,大家很容易就可以實現。但是對於(yu) 一般的PC電源或服務器電源這種帶多輸出中低直流電壓的電源來講,要達到85PLUS就不這麽(me) 容易了。電源目前常見的幾種可以實現高效率的電路拓撲來講,單晶體(ti) 管有源鉗位技術現在有很多廠商推廣,但是目前使用情況還是不太普及,全橋零電壓開關(guan) 的技術也有人使用,也同樣沒有得到廣泛普及。  

 

現今在大的電源使用上大家最常用的就是雙晶體(ti) 管正激,目前很多廠商從(cong) 300W~1200W的範圍都有使用,同時可以滿足80PLUS的要求,但是目前要作到85PLUS就很難,不進行一些技術變更幾乎不可能。基於(yu) 目前的情況,本文介紹一種利用有源鉗位技術在雙晶體(ti) 管正激上實現軟開關(guan) 的設計方法,並給出實際的設計案例及實驗結果。  

 

雙晶體(ti) 管正激有源鉗位軟開關(guan) 的工作原理  

 

雙晶體(ti) 管正激有源鉗位軟開關(guan) 主電路如圖1所示。    

 

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參閱圖2至圖7,詳細講述雙晶正激有源鉗位開關(guan) 電源的工作過程如下:  

 

1)功率傳(chuan) 輸階段(t0~t1),如圖2所示,該階段第一主開關(guan) 管VT1和第二主開關(guan) 管VT2同時導通,而鉗位開關(guan) 管VTR1處於(yu) 關(guan) 斷狀態。加在變壓器上的輸入電壓使勵磁電流線性上升,初級向次級經變壓器傳(chuan) 輸能量。次級VD1導通,VD2截止,L1上的電流線性上升,整流濾波後供給負載RL。在此條件下VD1VD2剛好ZVS下導通,因其體(ti) 二極管先前已經在導通狀態(如圖6所示)  

 

2)諧振階段(t1~t2),如圖3所示,在占空比的控製下,第一主開關(guan) 管VT1和第二主開關(guan) 管VT2t1時刻同時關(guan) 斷,變壓器磁芯極性反轉。因輸入電源和變壓器的勵磁電感的作用給VT1VT2的寄生電容COSS1COSS2充電,由於(yu) 電容電壓不能突變,第一主開關(guan) 管VT1和第二主開關(guan) 管VT2ZVS狀態下關(guan) 斷。同時變壓器的勵磁電流開始給鉗位開關(guan) 管VTR1的寄生電容COSS放電,經VTR1的體(ti) 二極管給鉗位電容CR1充電。次級VD1截止,VD2導通,L1經過VD2續流繼續給負載RL供電。  

  

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3)有源鉗位階段(t2~t3),如圖4和圖5所示,在亡2時刻鉗位開關(guan) 管VTRZVS狀態下開啟,由於(yu) VTR1的體(ti) 二極管先前已開通,VTRlUDS電壓很低。鉗位開關(guan) 管VTR1在整個(ge) 階段處於(yu) 開通狀態,變壓器勵磁電流經過鉗位開關(guan) 管VTR1繼續給鉗位電容CR1充電,鉗位電容CR1充滿以後經變壓器勵磁電感放電。次級在整個(ge) 階段由L1續流經VD2給負載供電,VD1截止。

    

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4)諧振階段(t2~t4),如圖6所示,t3時刻鉗位開關(guan) 管VTR1ZVS狀態下關(guan) 斷(VTR1的寄生電容使電壓不能突變),由於(yu) 變壓器初級電流仍然反向流動,磁芯極性反轉,使第一主開關(guan) 管VT1和第二主開關(guan) 管VT2的寄生電容COSS放電,在t3VD1導通,VD2截止;然後其主開關(guan) 管的體(ti) 二極管導通把能量全部送回輸入電源與(yu) 負載,變壓器磁芯完成磁複位。此時主開關(guan) 管VT1VT2UDS電壓為(wei) 零,t4時刻同時開啟第一主開關(guan) 管VT1和第二主開關(guan) 管VT2做到ZVS導通。在t4完成後,開關(guan) 周期又返回到t0t1的狀態。

    

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其中t1~t2t3t4的諧振時間是實現零電壓開關(guan) 的關(guan) 健,可以調節使零電壓開關(guan) 做到最佳。  

 

本文介紹的雙晶體(ti) 管正激有源鉗位開關(guan) 電源同時擁有單晶正激有源鉗位和雙晶正激兩(liang) 者的優(you) 點,適合於(yu) 高壓中大功率應用,並且磁芯得到有效的複位,磁芯利用率得到提高,占空比可以超過0.5,甚至可以達到0.7。  

 

如果輸入電壓為(wei) 380V,占空比在07時,主開關(guan) 管反壓也才634V左右,在高電壓應用中有較大的好處,做到了零電壓開關(guan) ,效率比雙晶正激有較大的提高,同時也減少了EMI的幹擾。而次級波形無死區時間,適合采用自驅動同步整流,對低電壓大功率輸出有很大的好處,頻率也可以相應的提高,可節省磁芯材料,減小體(ti) 積,初次級開關(guan) 管的電壓應力也相應減小。  

 

雙晶正激有源鉗位軟開關(guan) 電源還有另一種結構,如圖8所示。其結構與(yu) 圖1所示的雙晶正激有源鉗位軟開關(guan) 電源基本相似,隻鉗位開關(guan) 管VTR3以及鉗位電容CR3設置在副邊,鉗位電容CR3一端與(yu) 變壓器的同名端相連,另一端與(yu) 鉗位開關(guan) 管VTR3D極相連,鉗位開關(guan) 管VTR3S極與(yu) 變壓器的異名端相連,請參閱圖8。其工作原理同在初級鉗位相差不多,這裏不再講述。      

 

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實際波形結果我們(men) 實際用一般雙晶體(ti) 管正激的產(chan) 品經過改進,將其調整為(wei) 上述的有源鉗位方式,其實際的雙晶體(ti) 管工作波形如圖9~圖12所示。

 

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