單端正激型開(kāi)關(guān)電源的諧振去磁技術(shù)
單端正激型開(kāi)關(guān)電源的結構比較簡(jiǎn)單，已廣泛用于中小功率輸出場(chǎng)合。由于這種拓撲結構的特點(diǎn)是功率變壓器工作在B-H曲線(xiàn)的第一象限，因此必須采用適當的去磁方法，以消除磁心單向磁化飽和的潛在隱患。在工程中，常用的去磁技術(shù)有增加去磁繞組、有源箝位、RCD箝位和ZVT箝位等多種方法[1]，其共同思路是在主功率開(kāi)關(guān)管截止后，通過(guò)一定的途徑，使變壓器中剩余的磁化能量瀉放或者消耗在無(wú)源功率電阻上，以確保下一個(gè)開(kāi)關(guān)管導通之前變壓器中無(wú)剩余磁化能量。實(shí)際上，不用增加額外的電路技術(shù)及元器件，僅僅利用單端正激型電源自身的結構特點(diǎn)，就能較好地完成去磁要求，即采用諧振技術(shù)進(jìn)行去磁。這種諧振去磁技術(shù)的基本原理是在功率開(kāi)關(guān)管截止后，利用變壓器自身的等效電感和電路中元器件的分布電容進(jìn)行諧振，產(chǎn)生能量交換，以轉移變壓器的磁化能量。
2 諧振去磁技術(shù)的工作原理
在分析該諧振去磁電路的工作原理之前，首先假設[2]：①整個(gè)系統進(jìn)入穩態(tài)，一個(gè)開(kāi)關(guān)工作周期內的各電量均為動(dòng)態(tài)平衡；②輸出電感Lo和輸出電容Co與參與去磁的諧振組件相比，近似無(wú)窮大；③忽略變壓器的漏感及其對電路的影響；④開(kāi)關(guān)管VQ1與二極管均為理想器件，即忽略開(kāi)關(guān)管導通電阻RDS(on)和二極管的正向壓降VF。圖1示出一個(gè)單端正激型電源中，參與諧振去磁的基本電路組件。該電源的開(kāi)關(guān)管采用MOSFET組件。
圖中Lm——變壓器初級的等效電感
Ct——功率變壓器初級繞組的等效電容，與Lm并聯(lián)
Cs——開(kāi)關(guān)管VQ1的漏-源極結電容與并聯(lián)在其兩端的外電容之和
Cl——輸出整流二極管的結電容與外接并聯(lián)電容之和
圖2示出功率變壓器初級的等效電路。由圖可見(jiàn)，C1等效到變壓器初級的電容為C1(N8/Np)2，且與Ct為并聯(lián)關(guān)系，同時(shí)Cs與Ct也為并聯(lián)關(guān)系。
在一個(gè)完整的開(kāi)關(guān)周期內，一個(gè)完整的諧振去磁過(guò)程由以下幾個(gè)工作階段組成[2]：
(1)第一階段圖3示出第一階段即諧振去磁過(guò)程的諧振去磁電路電流走向及其工作過(guò)程。第一階段位于圖3b的Ton階段。在此之前，VQ1的漏源電壓uDSVQ1為輸入電壓uin，負載電流流過(guò)VDf，流過(guò)變壓器磁心的磁化電流imag為負值i1。由t＝0開(kāi)始，VQ1受控導通。此時(shí)，imag開(kāi)始線(xiàn)性增加。流過(guò)變壓器初級的電流ip為imag和次級負載電流Io反射到變壓器初級的電流迭加之和，即ioNs/Npo在此階段，VDr導通，VDf截止。而C1和Cs的端電壓uC1和uCs均近似為零。假定變壓器的初級磁化電流在該階段開(kāi)始時(shí)為i1；結束時(shí)為i2，則兩者的關(guān)系為：
i2=i1+uinTon/Lm(1)
(2)第二階段圖4示出第二階段即諧振去磁階段的諧振去磁電路電流走向及其工作過(guò)程。
第二階段位于圖4b的Tr階段。在Tr開(kāi)始階段，VQl受控制信號的作用截止。其uDSVQ1開(kāi)始迅速上升，當uDSVQ1超過(guò)uin后，變壓器次級的線(xiàn)圈極性反轉，VDr截止，VDf導通。由于VQ1截止，Lm與電路中的等效電容Cr，即前述的Cs和C1等效到初級的電容，以及變壓器初級繞組的等效電容Ct三者并聯(lián)，形成一個(gè)并聯(lián)諧振電路，開(kāi)始諧振工作，形成正弦去磁電流imag。由電路理論可知，一個(gè)LC串聯(lián)或并聯(lián)的電路，在以諧振方式工作時(shí)，電感上的電流與電容上的電壓變化均為正弦，且彼此相位相差900，二者儲存的能量互相交換，即一個(gè)電量達到絕對值的最大時(shí)，另一個(gè)電量為零。由于在Tr開(kāi)始時(shí)，Cr的端電壓uCr=0，沒(méi)有存儲能量，而Lm中的能量在開(kāi)關(guān)截止前就達到了最大值，因此Lm與Cr產(chǎn)生能量交換；該階段的持續時(shí)間為Tr，且Tr為一完整諧振周期的1/2。即：
Tr=πLmCr(2)
uCr由零所能達到的最大值：
UCrmax=i2Lm/Cr(3)
uDSVQ1在Cr達到最大值時(shí)，也達到其峰值：
UdsVQ1max=uin+i2Lm/Cr(4)
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