[发明专利]一种有源钳位反激变换器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种有源钳位反激变换器及其控制方法，包括主功率电路、主钳位电路、辅钳位电路和输出整流滤波电路；其中，主功率电路由变压器和主开关管连接而成；主钳位电路由主钳位开关管、主钳位电容连接而成；辅钳位电路由辅钳位开关管、辅钳位电容和辅钳位二极管连接而成；输出整流滤波电路由输出整流二极管和输出电容连接而成；当连续工作状态时，驱动模式为：主钳位开关管与主开关管互补驱动，辅钳位开关管不驱动；当断续工作状态时，驱动模式为：主钳位开关管与主开关管非互补驱动，辅钳位开关管与主开关管互补驱动。本发明相比于现有技术，具有宽输入电压范围，实现所有开关管的零电压开通，提高电路工作效率，并改善电路EMI。

技术领域

本发明涉及开关变换器领域，具体地说是涉及一种有源钳位反激变换器；本发明还涉及上述有源钳位反激变换器的控制方法。

背景技术

随着电力电子领域迅猛发展，开关变换器应用越来越广泛。人们对开关变换器提出更多要求：高功率密度、高可靠性和小体积。一般传统AC/DC变换采用反激拓扑实现，其具有结构简单、成本低廉等优点。在实际工作过程中由于漏感的存在，反激变换器常需要RCD钳位电路、LCD钳位电路或有源钳位电路作为吸收电路。其中具有有源钳位吸收电路的反激变换器不仅可以吸收漏感能量，还能将漏感能量回馈到输出端并且实现开关管的软开关，提高反激变换器的效率。

传统有源钳位反激变换器如图1所示，包括主功率电路、钳位电路、输出整流滤波电路，其中，Cin为输入电容，T1为变压器，Lk为变压器漏感，Lm为励磁电感，S1和S2分别是主开关管和钳位开关管，Cr是钳位电容，Dout为输出整流二极管，Cout是输出电容。主功率电路由变压器T1和主开关管S1连接而成，钳位电路由钳位开关管S2和钳位电容Cr连接而成，输出整流滤波电路由输出整流二极管Dout和输出电容Cout连接而成。该反激变换器的主要连接关系：输入电容Cin一端连接输入电压，另一端接地；主开关管S1的栅极接入驱动信号Vgs1，主开关管S1的源极接地，主开关管S1的漏极接变压器TI初级绕组；钳位开关管S2的栅极接入驱动信号Vgs2，钳位开关管S2的源极连接主开关管S1的漏极，钳位开关管S2的漏极连接钳位电容Cr的一端，钳位电容Cr的另一端连接输入电压；整流二极管Dout的阳极与变压器T1次级绕组相连接，其阴极与输出电容Cout的一端相连接，输出电容Cout的另一端接地。传统有源钳位反激变换器由于钳位电容值较大，原边主开关管S1电压钳位效果好，几乎没有高频振荡。根据副边二极管输出电流在主开关管开通前是否到零，有源钳位反激变换器可以分为连续工作模式和断续工作模式。

一般而言，设计者通常在低输入电压条件下将有源钳位反激变换器设计为连续工作模式并采用互补型控制策略，处于该工作状态下的电路可以实现所有开关管ZVS(零电压开启)。并且由于是互补型驱动，在钳位电路工作过程中钳位二极管将一直处于导通状态，体二极管不会出现反向恢复问题。另外由于钳位开关管导通时间长，所以电路中电流变化斜率较小，EMI性能较好。随着输入电压增高、或者输出功率下降，电路会进入断续工作模式。若在断续工作模式下仍采用互补型控制策略，虽然可以实现所有开关管的ZVS，但是变压器原边激磁电流和漏感电流在失去副边输出钳位后将反向激增，如图2所示，其中Vgs1为主开关管S1驱动波形，Vgs2为钳位开关管S2驱动波形，Vds_S1为主开关管漏源极两端电压，Is为副边二极管输出电流，Im、Ik分别为激磁电感电流和漏感电流。可以发现，在副边输出电流Is到零后，由于钳位管S2仍处于开通状态，所以变压器原边激磁电流和漏感电流反向激增，导致钳位管通路存在较大循环能量，严重影响电路效率。