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有源钳位正激变换器的理论分析和设计方法

刘耀平

(深圳华德电子有限公司，广东深圳518066）

摘要：零电压软开关有源钳位正激变换器拓扑非常适合中小功率开关电源的设计。增加变压器励磁电流或

应用磁饱和电感均能实现零电压软开关工作模式。基于对零电压软开关有源钳位正激变换器拓扑的理论分

析，提出了一套实用的优化设计方法。实验结果验证了理论分析和设计方法。

关键词：有源钳位；正激变换器；零电压软开关

1引言

单端正激变换器拓扑以其结构简单、工作可靠、成本低廉而被广泛应用于独立的离线式中小功率电源

设计中。在计算机、通讯、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域，这类电源具有广阔的市场需求。当今，

节能和环保已成为全球对耗能设备的基本要求。所以，供电单元的效率和电磁兼容性自然成为开关电源的

两项重要指标。而传统的单端正激拓扑，由于其磁特性工作在第一象限，并且是硬开关工作模式，决定了

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该电路存在一些固有的缺陷：变压器体积大，损耗大；开关器件电压应力高，开关损耗大；d/d和d/d

大，EMI问题难以处理。

为了克服这些缺陷，文献[1][2][3]提出了有源钳位正激变换器拓扑，从根本上改变了单端正激变换器

的运行特性，并且能够实现零电压软开关工作模式，从而大量地减少了开关器件和变压器的功耗，降低了

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d/d和d/d，改善了电磁兼容性。因此，有源钳位正激变换器拓扑迅速获得了广泛的应用。

然而，有源钳位正激变换器并非完美无缺，零电压软开关特性也并非总能实现。因而，在工业应用中，

对该电路进行优化设计显得尤为重要。本文针对有源钳位正激变换器拓扑，进行了详细的理论分析，指出

了该电路的局限性，并给出了一种优化设计方法。

2正激有源钳位变换器的工作原理

如图1所示，有源钳位正激变换器拓扑与传统的单端正激变换器拓扑基本相同，只是增加了辅助开关

S（带反并二极管）和储能电容C，以及谐振电容C、C，且略去了传统正激变换器的磁恢复电路。磁饱

asds1ds2

和电感L用来实现零电压软开关，硬开关模式用短路线替代。开关S和S工作在互补状态。为了防止开关

sa

S和S共态导通，两开关的驱动信号间留有一定的死区时间。下面就其硬开关工作模式和零电压软开关工

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作模式分别进行讨论。为了方便分析，假设：

图1采用磁饱和电感的有源钳位正激软开关变换器

1）储能电容C之容量足够大以至于其上的电压V可视为常数；

scs

2）输出滤波电感L足够大以至于其中的电流纹波可忽略不计；

o

3）变压器可等效成一个励磁电感L和一个匝比为n的理想变压器并联，并且初次级漏感可忽略不计；

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4）所有半导体器件为理想器件。

2.1有源钳位正激变换器硬开关工作模式

硬开关的有源钳位正激变换器工作状态可分为6个工作区间，关键工作波形如图2(a)所示。

ttV

[～]期间主开关S导通，辅助开关S断开。变压器初级线圈受到输入电压的作用，励磁电流线

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