單端正激型開關電源的諧振去磁技術
單端正激型開關電源的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構比較簡單，已廣泛用(yong)(yong)(yong)于中小功率(lv)(lv)(lv)(lv)輸出場合(he)。由于這種(zhong)拓撲結(jie)(jie)構的(de)(de)(de)(de)特(te)點(dian)是(shi)(shi)功率(lv)(lv)(lv)(lv)變壓器(qi)(qi)工作在(zai)B-H曲線的(de)(de)(de)(de)第(di)一象(xiang)限，因(yin)此必須采用(yong)(yong)(yong)適當的(de)(de)(de)(de)去(qu)磁(ci)方法，以消除磁(ci)心(xin)單向磁(ci)化(hua)飽和(he)的(de)(de)(de)(de)潛(qian)在(zai)隱患(huan)。在(zai)工程(cheng)中，常用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)去(qu)磁(ci)技(ji)(ji)術(shu)(shu)有增加去(qu)磁(ci)繞組(zu)、有源箝位(wei)、RCD箝位(wei)和(he)ZVT箝位(wei)等多(duo)種(zhong)方法[1]，其共同思路是(shi)(shi)在(zai)主功率(lv)(lv)(lv)(lv)開(kai)關管截(jie)止后，通過一定的(de)(de)(de)(de)途徑(jing)，使變壓器(qi)(qi)中剩(sheng)余的(de)(de)(de)(de)磁(ci)化(hua)能(neng)量(liang)瀉放或者消耗在(zai)無源功率(lv)(lv)(lv)(lv)電(dian)阻上，以確(que)保下一個開(kai)關管導(dao)通之前變壓器(qi)(qi)中無剩(sheng)余磁(ci)化(hua)能(neng)量(liang)。實際上，不用(yong)(yong)(yong)增加額(e)外的(de)(de)(de)(de)電(dian)路技(ji)(ji)術(shu)(shu)及元(yuan)器(qi)(qi)件，僅僅利用(yong)(yong)(yong)單端正激型(xing)電(dian)源自(zi)身(shen)的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構特(te)點(dian)，就能(neng)較好地完成去(qu)磁(ci)要求(qiu)，即(ji)采用(yong)(yong)(yong)諧(xie)振技(ji)(ji)術(shu)(shu)進行去(qu)磁(ci)。這種(zhong)諧(xie)振去(qu)磁(ci)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)基本原理是(shi)(shi)在(zai)功率(lv)(lv)(lv)(lv)開(kai)關管截(jie)止后，利用(yong)(yong)(yong)變壓器(qi)(qi)自(zi)身(shen)的(de)(de)(de)(de)等效電(dian)感和(he)電(dian)路中元(yuan)器(qi)(qi)件的(de)(de)(de)(de)分布電(dian)容(rong)進行諧(xie)振，產生能(neng)量(liang)交換，以轉(zhuan)移變壓器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)磁(ci)化(hua)能(neng)量(liang)。
2 諧(xie)振去磁技術的工(gong)作原理(li)
在分(fen)析(xi)該(gai)諧(xie)振(zhen)(zhen)(zhen)去磁(ci)(ci)電(dian)路的(de)工(gong)作(zuo)原理(li)(li)之前(qian)，首(shou)先假設[2]：①整個(ge)系統(tong)進入穩(wen)態，一(yi)個(ge)開關(guan)工(gong)作(zuo)周期內的(de)各電(dian)量均為(wei)動態平衡；②輸(shu)出電(dian)感(gan)Lo和輸(shu)出電(dian)容(rong)Co與參與去磁(ci)(ci)的(de)諧(xie)振(zhen)(zhen)(zhen)組(zu)件相比(bi)，近(jin)似無窮大(da)；③忽(hu)略變壓器的(de)漏感(gan)及其(qi)對電(dian)路的(de)影響；④開關(guan)管(guan)(guan)VQ1與二極(ji)管(guan)(guan)均為(wei)理(li)(li)想器件，即忽(hu)略開關(guan)管(guan)(guan)導通電(dian)阻RDS(on)和二極(ji)管(guan)(guan)的(de)正(zheng)向壓降VF。圖1示出一(yi)個(ge)單(dan)端正(zheng)激型電(dian)源中，參與諧(xie)振(zhen)(zhen)(zhen)去磁(ci)(ci)的(de)基本電(dian)路組(zu)件。該(gai)電(dian)源的(de)開關(guan)管(guan)(guan)采用MOSFET組(zu)件。
圖(tu)中Lm——變壓器(qi)初級(ji)的等效電(dian)感
Ct——功率變壓器(qi)初級繞組的等效電容(rong)，與(yu)Lm并聯
Cs——開關(guan)管VQ1的漏(lou)-源極結電容與并聯在(zai)其兩(liang)端(duan)的外電容之和
Cl——輸出整流二極(ji)管(guan)的結電(dian)容與外接并聯電(dian)容之(zhi)和
圖(tu)2示出(chu)功率變(bian)壓器初(chu)級的(de)等(deng)效(xiao)電(dian)路。由圖(tu)可見，C1等(deng)效(xiao)到變(bian)壓器初(chu)級的(de)電(dian)容為(wei)C1(N8/Np)2，且(qie)與Ct為(wei)并聯關(guan)系(xi)(xi)，同時(shi)Cs與Ct也為(wei)并聯關(guan)系(xi)(xi)。
在(zai)一(yi)個完(wan)整(zheng)(zheng)的開關(guan)周期內，一(yi)個完(wan)整(zheng)(zheng)的諧(xie)振去(qu)磁過程由以下(xia)幾個工作階段(duan)組成[2]：
(1)第(di)一階(jie)(jie)段圖3示出第(di)一階(jie)(jie)段即諧(xie)振去磁(ci)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)的(de)諧(xie)振去磁(ci)電(dian)(dian)路電(dian)(dian)流(liu)走向及其(qi)工作過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)。第(di)一階(jie)(jie)段位(wei)于(yu)圖3b的(de)Ton階(jie)(jie)段。在(zai)此(ci)之前(qian)，VQ1的(de)漏源電(dian)(dian)壓(ya)(ya)uDSVQ1為輸入電(dian)(dian)壓(ya)(ya)uin，負載電(dian)(dian)流(liu)流(liu)過(guo)(guo)(guo)VDf，流(liu)過(guo)(guo)(guo)變壓(ya)(ya)器(qi)(qi)磁(ci)心的(de)磁(ci)化電(dian)(dian)流(liu)imag為負值i1。由t＝0開始，VQ1受控(kong)導(dao)(dao)通。此(ci)時，imag開始線性增(zeng)加。流(liu)過(guo)(guo)(guo)變壓(ya)(ya)器(qi)(qi)初(chu)級的(de)電(dian)(dian)流(liu)ip為imag和次級負載電(dian)(dian)流(liu)Io反射到變壓(ya)(ya)器(qi)(qi)初(chu)級的(de)電(dian)(dian)流(liu)迭(die)加之和，即ioNs/Npo在(zai)此(ci)階(jie)(jie)段，VDr導(dao)(dao)通，VDf截止。而(er)C1和Cs的(de)端電(dian)(dian)壓(ya)(ya)uC1和uCs均(jun)近似為零。假定變壓(ya)(ya)器(qi)(qi)的(de)初(chu)級磁(ci)化電(dian)(dian)流(liu)在(zai)該(gai)階(jie)(jie)段開始時為i1；結(jie)束時為i2，則兩者的(de)關系(xi)為：
i2=i1+uinTon/Lm(1)
; (2)第二階段(duan)圖(tu)4示出第二階段(duan)即諧(xie)振去磁階段(duan)的諧(xie)振去磁電路電流走向及(ji)其工作過程。
第二階段位于圖4b的Tr階段。在Tr開始階段，VQl受控制信號的作用截止。其uDSVQ1開始迅速上升，當uDSVQ1超過uin后，變壓器次級的線圈極性反轉，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，形成一個并聯諧振電路，開始諧振工作，形成正弦去磁電流imag。由電路理論可知，一個LC串聯或并聯的電路，在以諧振方式工作時，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，即一個電量達到絕對值的最大時，另一個電量為零。由于在Tr開始時，Cr的端電壓uCr=0，沒有存儲能量，而Lm中的能量在開關截止前就達到了最大值，因此Lm與Cr產生能量交換；該階段的持續時間為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，也達到其峰值：
UdsVQ1max=uin+i2Lm/Cr(4)
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