反激式開(kāi)關(guān)電源的零電壓開(kāi)關(guān)設計
反激式開(kāi)關(guān)電源以電路簡(jiǎn)單電磁干擾相對小而得到廣泛應用，對開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓尖峰和EMI也提出了更高的要求，通常減小EMI的方法主要是采用自激型反激式開(kāi)關(guān)電源，用開(kāi)關(guān)速度相對慢的雙極晶體管作為主開(kāi)關(guān);加大緩沖電路電容量來(lái)降低關(guān)斷過(guò)程的dz/dt，di/dt產(chǎn)生的EMI用減緩導通過(guò)程減小開(kāi)通EMI，付出的代價(jià)是電源效率下降，發(fā)熱量大，可靠性下降。因而需要一種低EMI，高效的反激式開(kāi)關(guān)電源，軟開(kāi)關(guān)反激式開(kāi)關(guān)電源，便是比較理想的解決方案。
1 零電壓開(kāi)關(guān)
零電壓開(kāi)關(guān)反激式開(kāi)關(guān)電源主電路如圖1
主要波形 如圖2，電路工作過(guò)程分為四個(gè)階段：開(kāi)關(guān)管關(guān)斷及緩沖電路作用階段，變壓器釋放儲能階段，緩沖電路復位階段，開(kāi)關(guān)管導通階段。
1.1 開(kāi)關(guān)管關(guān)斷及緩沖電路作用階段
圖 2波 形 中，t。一t。期間為開(kāi)關(guān)管關(guān)斷及緩沖電路作用階段，等效電路如圖3，在t。時(shí)刻控制電路將開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，變壓器初級電流由開(kāi)關(guān)管向緩沖電容器轉移，開(kāi)關(guān)管電流下降，緩沖電容器電流上升，開(kāi)關(guān)管電流下降，直到零變壓器初級電流全部轉移到緩沖電容器，等效電路如圖3，開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷過(guò)程結束開(kāi)關(guān)管關(guān)斷過(guò)程的長(cháng)短取決于開(kāi)關(guān)管自身特性和控制電路，一般為開(kāi)關(guān)周期的1/100 - 1/201〕或百納秒左右。由于緩沖電容器上的電壓不能躍變，使開(kāi)關(guān)管關(guān)斷過(guò)程中漏、源電壓很低接近于零，實(shí)現了“零電壓。關(guān)斷。為確�！傲汶妷骸标P(guān)斷，緩沖電容器應取較大值，這樣開(kāi)關(guān)管在關(guān)斷過(guò)程結束時(shí)緩沖電容器電壓仍為很小值，變壓器初級電壓極性沒(méi)有改變，輸出整流二極管陽(yáng)極反向電壓不能導通，變壓器初級電流仍需流過(guò)緩沖電容器，直到緩沖過(guò)程結束。緩沖過(guò)程的持續時(shí)間約為開(kāi)關(guān)周期1/20左右，與開(kāi)關(guān)周期相比相對很短，變壓器初級電流變化很小，為分析方便可以認為變壓器初級電流不變，這樣緩沖電容器電壓為：
其中Ics為t1時(shí)刻變壓器初級電流值，可近似為t0時(shí)刻值。當級沖電容器電壓上升到（ VR為穩壓電源輸出電壓反射到變壓器初級側電壓值）后，即t2時(shí)刻，輸出整流二極管導通，變壓器儲能經(jīng)輸出整流二極管想輸出端釋放，變壓器初級電流為零。電路進(jìn)入變壓器釋放儲能階段。
1.2 變壓器釋放儲能階段
變壓器通過(guò)次級繞組、輸出整流二極管向輸出端釋放儲能。變壓器次級電流為：
變壓器次級電流降到零，變壓器儲能全部釋放，輸出整流二極管自然關(guān)斷，電路進(jìn)人緩沖電路復位階段。
1.3 緩沖電路復位階段
緩沖電路復位階段對應t3-t4期間為使緩沖電容器在下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期能起到緩沖作用，保證開(kāi)關(guān)管“零電壓”關(guān)斷和“零電壓”開(kāi)通，需將緩沖電容器放電，將電荷全部泄放，即復位。與有損耗緩沖電路不同，無(wú)損耗緩沖電路采用LC諧振方式將緩沖電容器復位，本文電路的復位電感為變壓器初級電感。電路如圖5。
當變壓器儲能釋放盡，由于緩沖電容器上電壓vcn高于電源電壓Ein，緩沖電容器通過(guò)變壓器初級電感以L(fǎng)C諧振方式將緩沖電容器電壓復位，由于復位過(guò)程緩沖電容器電壓將低于Ein+VR ，輸出整流二極管自然關(guān)斷，等效電路為：
1.4 開(kāi)關(guān)管導通階段
開(kāi)關(guān)管導通階段為t3-t4階段，當緩沖電容器上電壓降到零或最低時(shí)，開(kāi)關(guān)管在零電壓或最低電壓導通，變壓器電流上升，等效電路如圖6
變壓器初級電流為
2、控制方式
反激式開(kāi)關(guān)電源工作在電流斷續模式時(shí)，穩壓過(guò)程遵守能量守衡原理，即式（7），由式（7），（8）得
由（ 9） ，（ 10）或可知，調節輸出功率、穩定輸出電壓可以調節導通時(shí)間或占空比或調頻方式或幾種方式綜合應用。當輸出功率下降或電源電壓上升，導通時(shí)間減小，反之導通時(shí)間增加;隨輸出功率的增加或減小變壓器初次級電流峰值均增加或減小，由式（3）可知變壓器的釋放儲能時(shí)間也隨之增加或減少，為實(shí)現“零電壓”開(kāi)關(guān)，變壓器不能工作在間歇狀態(tài)，因此F%IM控制方式不能滿(mǎn)足本文電路的“零電壓”開(kāi)通的要求�；� 上 述 工作條件的約束，本文電路應采用輸出電壓反饋控制導通時(shí)間，用“零電壓”檢測控制開(kāi)關(guān)管導通時(shí)刻，即調頻、 調占空比工作方式。具體電路可以采用通用器件組合，如圖70
3 電路性能分析
本文提出的“零電壓”開(kāi)關(guān)方式。復位過(guò)程也無(wú)損耗，基本消除了開(kāi)關(guān)過(guò)程中的開(kāi)關(guān)損耗，因此效率高，通常高于85%相對有損耗緩沖電路整機電源效率高5-10%，不僅如此由于“零電壓”開(kāi)關(guān)在開(kāi)通過(guò)程中基本上實(shí)現了零電壓開(kāi)通，同時(shí)電感電流也為零，使開(kāi)通過(guò)程既無(wú)能量交換（包括寄生參數的能量交換）又使輸出整流二極管在緩沖電路復位過(guò)程中有充分時(shí)間和緩變電壓下緩慢反向恢復，開(kāi)通時(shí)刻因寄生振蕩所產(chǎn)生的輸出電壓尖峰和EMI大幅度降低，由于零電壓關(guān)斷和較大容t緩沖電容器使關(guān)斷過(guò)程避免了大的dv/dt，抑制了變壓器漏感和二極管開(kāi)通造成的寄生振蕩，因而開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)刻的輸出尖峰電壓和EMU也很小，基本上消除了常規有損耗緩沖電路對以致開(kāi)關(guān)電壓尖峰抑制現象。
盡管電路原理分析可以實(shí)現“零”或極低的輸出電壓尖峰和EMU，實(shí)際上由于各種原因的寄生振蕩仍然存在，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中也會(huì )產(chǎn)生不同程度的輸出電壓尖峰和E閉，因此適當減緩開(kāi)關(guān)過(guò)程有時(shí)是必要的，也可以采用開(kāi)通過(guò)程的比例驅動(dòng)。由于零電壓開(kāi)關(guān)消除了變壓器儲能釋放盡后緩沖電容器與變壓器初級電感的寄生振蕩，有利于減小變壓器的損耗。本文 提 出 的反激式開(kāi)關(guān)電源零電壓開(kāi)關(guān)電路的過(guò)電流保護應采用逐周峰值電流限制方式，在過(guò)電流狀態(tài)下將不是零電壓開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)損耗將增加，因此應輔之以“打隔”保護方式。
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