高效率开关电源设计7讲义.ppt

5. 有源箝位变换器的设计实例 优点 1、在整个输入电压范围内箝位主开关电压接近恒值，因而减小了主开关的应力。 2、提供有源通道以循环变压器中的漏感和激磁电感能量，改进功率变换效率。 3、正激变换器的变压器铁心在箝位期间的复位可使变压器工作在BH曲线的第一和第三象限以获得更高的磁利用率。 4、对于宽的输入电压范围，可以有更高的占空比并增加变压器初/次级的匝比。减小了初级侧元件的电流应力和次级侧元件的电压应力，导致了更低的工作损耗。 5、如果激磁电路能量充足，主开关的零电压开关是可能的。 6、允许更高的工作频率以获得更高的功率密度并减小产品体积。 有源箝位电路 有源箝位由附加的箝位开关和箝位电容构成，如图1(a)，箝位电容的一端与输入电源相连，基于为变压器提供伏—秒平衡，箝位电容电压为： 有源箝位电路形式 有源箝位的箝位电压 反激式有源箝位的箝位电压： Vcl=VBUS﹡D/（1-D） 升压性有源箝位的箝位电压： Vcl=VBUS/（1-D） 考虑开关管的耐压问题，在高直流母线电压时采用反激式有源箝位，但需要箝位开关管的高边驱动； 对于低直流母线电压是，采用升压性有源箝位电路简单。 稳态分析 有源箝位变换器的工作可以用一个开关周期的四种状态描述，为易于分析图3电路表示了电路的全部元件，其中变压器初级由激磁电感L、漏感L和理想变压器等效，CA是A端的Q1、Q2的等效结电容和附加电容。 有源箝位的等效电路 各阶段电路的等效电路 状态1：主开关导通 状态1：主开关导通 Q1导通期间，电路工作状态如图4(a)，其中：il为变压器输入端电流，icl为箝位电容器上电流，im为变压器激磁电流，ip为变压器次级负载电流，由于Ccl在前一个开关周期已充电到Vcl值，因此Q2/D2反偏不导通，并将Ccl与电路隔离。这期间流进变压器的电流包括激磁电流im和输出电流ip，电路的各状态如下： 状态1：主开关导通 ip=IO/N，Q1导通、Q2/D2关断，i1=im+IO/N，icl=0， VA=0，vp1≈VBUS，im：从-Im到+Im。 状态2：初级电流转换到箝位电路 状态2：初级电流转换到箝位电路 在这个状态下主开关关断，如图4(b)，CA点电压由漏感、激磁电感中的电流放电到VBUS+Vcl，CA点电压超过这个值，D2导通并箝位CA点电压在VBUS+Vcl值，从而避免了主开关上的过电压。ip从IO/N到0，Q1关断，Q2、D2导通，il=im+ip，icl=0，从0到VBUS+Vcl ，vp1从约VBUS到-Vcl，vcl=VBUS﹡D/（1-D），约为+Im。 状态3：箝位电路工作 状态3：箝位电路工作 如图4(c)，一旦箝位开关的体二极管导通，箝位开关Q2就可以在零电压状态下导通，提供了漏感、激磁电感上的能量通道到箝位电容，而后再返回到漏感、激磁电感，后面的过程在个开关周期的相同的时间内重复。Ip=0，Q1关断，Q2、D2导通，il=im=icl，icl=0，VA=Vcl+vcl，vpl=-Vcl，vcl=Vcl±ΔV：im从+Im到-Im。 状态4：初级电流转换到主开关 状态4：初级电流转换到主开关 如图4(d)，Q2关断，箝位电容C终止充电，漏感、激磁电感的能量释放到CA并在主开关Q1导通前降到低电压，这样可以使主开关在零电压开通。 状态2到状态4的转移时间由电路参数的选择和工作条件决定，这要求一个可设置一个开关导通另一个开关关断之间的延时的控制器适应这些瞬变。 设计实例ON Semi的300W电脑电源评估电路 基本性能要求 基本性能要求 基本要求要求 效率与负载的关系 功率因数与负载的关系 轻负载时的负载与效率的关系 各类负载条件 各类负载条件下的5V输出电压变化 各类负载条件下的3.3V输出电压变化 各类负载条件下的12V输出电压变化 各类负载条件下的-12V输出电压变化 5V输出卸载的测试波形 5V输出加载的测试波形 12V（V1）输出卸载的测试波形 12V（V1）输出加载的测试波形 12V（V2）输出卸载的测试波形 12V（V2）输出加载的测试波形 3.3V输出卸载的测试波形 3.3V输出加载的测试波形 5V满载的纹波电压 3.3V满载的纹波电压 12V（V1）满载的纹波电压 12V（V2）满载的纹波电压 -12V满载的纹波电压 5V待机电源满载纹波电压 满载时掉电的保持时间 输入浪涌电流 样机图片 开关管电压波形 开关管电压波形 功率因数校正控制电路板 电源滤波器电路板 有源箝位控制电路板 3.3V输出控制电路板 输入整流器、PFC主电路、待机电源 有源箝位与输出整流部分 3.3V输出整流电路部分 PFC电感 4A有效值、6A峰值、600μH； 磁芯：PQ3230，气隙：1.9mm 骨架：PC-B3230（12管脚） 电感量