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有源箝位Flyback軟開關(guān)電路設(shè)計
介紹了一種有源箝位Flyback變換器ZVS實現(xiàn)方法，并對其軟開關(guān)參數(shù)重新設(shè)計。該方案不但能實現(xiàn)主輔開關(guān)管的ZVS，限制輸出整流二極管關(guān)斷時的di/dt，減小整流二極管的開關(guān)損耗，同時也有效地降低了開關(guān)管的電壓應力。
?? 關(guān)鍵詞：零電壓開關(guān)；電流反向；有源箝位
Flyback變換器由于其電路簡單，在小功率場合被普遍采用。但是，由于變壓器漏感的存在，引起開關(guān)管上過高的電壓應力。普通的RCD嵌位Flyback變換器其漏感能量消耗在嵌位電阻R上，開關(guān)管上電壓應力的大小取決于消耗在嵌位電阻上能量的大小。消耗在嵌位電阻上的能量越多，開關(guān)管的電壓應力就越低，但也影響了整個變換器的效率，因此，普通的RCD嵌位Flyback變換器總存在著開關(guān)管電壓應力與整個變換器效率之間的矛盾。
輕小化是目前電源產(chǎn)品追求的目標。而提高開關(guān)頻率可以減小電感、電容等元件的體積。但是，開關(guān)頻率提高的瓶頸是開關(guān)器件的開關(guān)損耗，于是軟開關(guān)技術(shù)就應運而生。一般，要實現(xiàn)比較理想的軟開關(guān)效果，都需要有一個或一個以上的輔助開關(guān)為主開關(guān)創(chuàng)造軟開關(guān)的條件，同時希望輔助開關(guān)本身也能實現(xiàn)軟開關(guān)。
電路如圖1所示，其兩個開關(guān)S1及S2互補導通，中間有一定的死區(qū)以防止共態(tài)導通。變壓器激磁電感Lm設(shè)計得較大，使電路工作在電流連續(xù)模式（CCM），如圖2的iLm波形所示。而電感Lr設(shè)計得較?。↙r?Lm），使流過Lr的電流在一個周期內(nèi)可以反向，如圖2的iLr波形所示?？紤]到開關(guān)的結(jié)電容以及死區(qū)時間，一個周期可以分為8個階段，各個階段的等效電路如圖3所示。其工作原理如下。
1）階段1〔t0，t1〕該階段S1導通，Lm與Lr串聯(lián)承受輸入電壓，流過Lm及Lr的電流線性上升。
V2=Vin(Lin/Lm+Lr)??? （1）
由于Lr?Lm，所以式（1）可簡化為
V2≈Vin??? (2)
2）階段2〔t1，t2〕t1時刻S1關(guān)斷，Lm及Lr上的電流給S1的輸出結(jié)電容Cr1充電，同時使S2的輸出結(jié)電容Cr2放電。t2時刻S2的漏源電壓下降到零，該階段結(jié)束。
圖2
??? 3）階段3〔t2，t3〕當S2的漏源電壓下降到零之后，S2的寄生二極管就導通，將S2的漏源電壓箝位在零電壓狀態(tài)。Lr和Lm串聯(lián)與嵌位電容Cclamp諧振，Cclamp上電壓vc緩慢上升，v2上電壓也緩慢上升。
圖2
??? 3）階段3〔t2，t3〕當S2的漏源電壓下降到零之后，S2的寄生二極管就導通，將S2的漏源電壓箝位在零電壓狀態(tài)。Lr和Lm串聯(lián)與嵌位電容Cclamp諧振，Cclamp上電壓vc緩慢上升，v2上電壓也緩慢上升。
v2=(Lm/Lm+Lr)vc??? （3）
4）階段4〔t3，t4〕t3時刻S2的門極變?yōu)楦唠娖?，S2零電壓開通。流過寄生二極管的電流流經(jīng)S2。此時間段依然維持Lr和Lm串聯(lián)與嵌位電容Cclamp諧振，v2緩慢上升。
5）階段5〔t4，t5〕t4時刻v2上升到一定的電壓使副邊二極管D導通，v2被嵌位在－NVo。Lr與Cclamp諧振。在保證t5時刻Lr電流反向的情況下，其諧振周期應該滿足
6）階段6〔t5，t6〕t5時刻Lr上的電流方向為負，此電流一部分使S1的輸出結(jié)電容Cr1放電，另一部分對S2的輸出結(jié)電容Cr2充電。t6時刻S1的漏源電壓下降到零，該階段結(jié)束。
7）階段7〔t6，t7〕當S1的漏源電壓下降到零之后，S1的寄生二極管就導通，將S1的漏源電壓箝在零電壓狀態(tài)，也就為S1的零電壓導通創(chuàng)造了條件。此時，Lr上的承受電壓v1為
v1=Vin＋NVo?? （5）
Lr上電流快速上升。流過副邊整流二極管D電流iD則快速下降。
diD/dt=－N[Vin+NVo]/Lr+NVo/Lm)??? （6）
考慮到Lr?Lm，式（6）可簡化為
diD/dt=－N(Vin+NVo)/Lr??? （7）
8）階段8〔t7，t8〕t7時刻S1的門極變?yōu)楦唠娖?，S1零電壓開通，流過寄生二極管的電流流經(jīng)S1。t8時刻副邊整流二極管D電流下降到零，D自然關(guān)斷，電路開始進入下一個周期。
可以看到，在這種方案下，兩個開關(guān)S1和S2實現(xiàn)了零電壓開通，二極管D自然關(guān)斷。
2 軟開關(guān)的參數(shù)設(shè)計
假定電路工作在CCM狀態(tài)。由于S2的軟開關(guān)實現(xiàn)是Lr與Lm聯(lián)合對Cr1及Cr2充?電，而S1的軟開關(guān)實現(xiàn)是單獨的Lr對Cr1及Cr2充放電。因此，S2的軟開關(guān)實現(xiàn)比較容易，而S1的軟開關(guān)實現(xiàn)相對來說要難得多。所以，在參數(shù)設(shè)計中，關(guān)鍵是要考慮S1的軟開關(guān)條件。
電流連續(xù)模式有源嵌位Flyback變換器ZVS設(shè)計步驟如下所述。
2.1 變壓器激磁電感Lm的設(shè)定
由于Lr的存在，變換器的有效占空比Deff（根據(jù)激磁電感Lm的充放電時間定義，見圖2）要小于S1的占空比D，但是由于t5～t8時刻iLr的上升速度非常的快，所以可近似地認為Deff=D。這樣，根據(jù)Flyback電路工作在CCM條件，則
式中：η為變換器效率；
fs為開關(guān)頻率；
PoCCM為變換器的輸出功率。
在實際設(shè)計中，為了保證電路在輕載時也能工作在電流連續(xù)模式，Lm一般取為
2.2 電感Lr的設(shè)定
為了實現(xiàn)S1的ZVS，t5時刻儲存在Lr內(nèi)的能量足以令S1的輸出結(jié)電容Cr1放電到零，同時使S2的輸出結(jié)電容Cr2充電到最大。即
??? 式中：vds=vds1=vds2≈Vin＋NVo；
??? 式中：vds=vds1=vds2≈Vin＋NVo；
Cr=Cr1＋Cr2。
根據(jù)式（4）取定合適的諧振周期可以令
??? 2.3 電容Cclamp的設(shè)定
??? 2.3 電容Cclamp的設(shè)定
根據(jù)式（4）有
??? 在滿足式（15）的前提下，取定合適的Cclamp令iLrmax=iLrmin。
??? 在滿足式（15）的前提下，取定合適的Cclamp令iLrmax=iLrmin。
2.4 死區(qū)時間的確定
為了實現(xiàn)S1的ZVS，必須保證在t6到t7時間內(nèi)，S1開始導通。否則Lr上電流反向，重新對Cr1充電，這樣S1的ZVS條件就會丟失。因此，S2關(guān)斷后、S1開通前的死區(qū)時間設(shè)定對S1的ZVS實現(xiàn)至關(guān)重要。合適的死區(qū)時間為電感Lr與S1及S2的輸出結(jié)電容諧振周期的1/4，即
嚴格地講，開關(guān)管輸出結(jié)電容是所受電壓的函數(shù)，為方便起見，在此假設(shè)Cr1與Cr2恒定。
2.5 有效占空比Deff的計算
有效占空比Deff比開關(guān)管S1的占空比D略小。
Deff=D－ΔD（17）
[(Vin+NVo)/Lr]ΔDT≈2(P/DVin)??? （18）
ΔD≈2PLrfs/DVin(Vin+NVo)??? （19）
代入式（17）得
Deff=D－2PLrfs/(DVin(Vin+NV0)??? （20）
2.6 開關(guān)管電壓應力計算
Vs1,s2≈Vin＋NVo＋(2PLrfs/DVin(1-D)??? （21）
式（21）中第三項相對來說較小，故開關(guān)管的電壓應力接近于Vin＋NVo。
3 實驗結(jié)果
3 實驗結(jié)果
為了驗證上述ZVS的實現(xiàn)方法，設(shè)計了一個實驗電路，其規(guī)格及主要參數(shù)如下：
輸入電壓Vin48V；
輸出電壓Vo12V；
輸出電流Io0～5A；
工作頻率f100kHz；
主開關(guān)S1及S2IRF640；
變壓器激磁電感Lm144μH；
變壓器原副邊匝數(shù)比n=N8/3；
電感Lr10μH；
電容Cclamp2μF。
圖4給出的是負載電流Io=2A時的實驗波形。從圖4（e）及圖4（f）可以看到，S1和S2都實現(xiàn)了ZVS。圖5給出了兩種Flyback電路的效率曲線，可以看到，有源嵌位Flyback軟開關(guān)電路有效地提升了變換器的效率。
4 結(jié)語
4 結(jié)語
有源嵌位Flyback軟開關(guān)電路在實現(xiàn)主開關(guān)及輔助開關(guān)ZVS的同時，也實現(xiàn)了輸出整流二極管的自然關(guān)斷，因此，有效地減少了開關(guān)損耗，提高了變換器效率。另外，它也大大地降低了開關(guān)管的電壓應力，這從實驗波形中可以看得比較清楚。
- 軟開關(guān)(31307)
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mos管開關(guān)電路_pwm驅(qū)動mos管開關(guān)電路圖分享
MOS管開關(guān)電路是利用一種電路，是利用MOS管柵極（g）控制MOS管源極（s）和漏極（d）通斷的原理構(gòu)造的電路。MOS管分為N溝道與P溝道，所以開關(guān)電路也主要分為兩種。本文為大家?guī)砣Npwm驅(qū)動mos管開關(guān)電路解析。
2018-01-04 13:41:1462683
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三極管開關(guān)電路設(shè)計匯總（十一款開關(guān)電路設(shè)計原理）
本文主要介紹了三極管開關(guān)電路設(shè)計匯總（十一款開關(guān)電路設(shè)計原理）。開關(guān)三極管的外形與普通三極管外形相同，它工作于截止區(qū)和飽和區(qū)，相當于電路的切斷和導通。負載電阻被直接跨接于三極管的集電極與電源之間，而
2018-01-25 14:28:03212577
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聲控開關(guān)電路設(shè)計匯總（八款設(shè)計電路原理詳解）
本文主要介紹了聲控開關(guān)電路設(shè)計匯總（八款設(shè)計電路原理詳解）。聲控開關(guān)是在特定環(huán)境光線下采用聲響效果激發(fā)拾音器進行聲電轉(zhuǎn)換來控制用電器的開啟，并經(jīng)過延時后能自動斷開電源的節(jié)能電子開關(guān)。聲控開關(guān)由傳聲器
2018-01-25 15:20:08109023
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電燈遙控開關(guān)電路圖大全（七款模擬電路設(shè)計原理圖詳解）
本文主要介紹了電燈遙控開關(guān)電路圖大全（七款模擬電路設(shè)計原理圖詳解），電燈遙控開關(guān)電路由發(fā)射和接收兩部分組成，晶體管VT1、VT2為-個自激多諧振蕩器，其集電極負載不是電阻，而是電感線圈。當臺上
2018-01-29 16:44:5284107
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航模遙控開關(guān)電路圖大全（四款模擬電路設(shè)計原理圖詳解）
本文主要介紹了航模遙控開關(guān)電路圖大全（四款模擬電路設(shè)計原理圖詳解）。六通道航模遙控發(fā)射接收機電路，可對燃油發(fā)動機航模飛機的水平、垂直尾翼、襟翼和發(fā)動機等各種動作參數(shù)進行數(shù)字比例遙控，亦可對需要數(shù)字比例遙控的其它艦船模型進行有效的控制。下面來看看這四款航模遙控開關(guān)電路原理圖分析。
2018-01-30 09:12:4786618
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人體感應開關(guān)電路圖大全（六款人體感應開關(guān)電路設(shè)計原理圖詳解）
本文主要介紹了人體感應開關(guān)電路圖大全（六款人體感應開關(guān)電路設(shè)計原理圖詳解）。人體發(fā)出的紅外線波長在9～10um之間，屬遠紅外線區(qū)。我們利用熱釋電紅外傳感器及信號處理集成電路，組裝成一個人體紅外線感應
2018-03-04 10:30:10154615
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簡單科普下開關(guān)電源軟開關(guān)技術(shù)
根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程，可以將軟開關(guān)電路分成準諧振電路、零開關(guān)PWM電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路。每一種軟開關(guān)電路都可以用于降壓型、升壓型等不同電路，可以從基本開關(guān)單元導出具體電路。
2019-02-04 11:06:0024556
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軟開關(guān)技術(shù)的學習課件免費下載
本文檔的主要內(nèi)容詳細介紹的是軟開關(guān)技術(shù)的學習課件免費下載包括了：第一節(jié) 軟開關(guān)的基本概念，第二節(jié) 軟開關(guān)電路的分類，第三節(jié) 典型的軟開關(guān)電路
2020-11-02 17:30:3125
25Buck ZCS軟開關(guān)電路實驗
實驗目的： 1．加深對零電流準諧振軟開關(guān)電路工作原理的理解； 2．了解零電流準諧振軟開關(guān)電路的調(diào)試方法； 3．了解零電流準諧振軟開關(guān)電路的優(yōu)缺點。
2021-06-18 14:36:0119
19帶軟開啟功能的MOS管電源開關(guān)電路
電源開關(guān)電路，經(jīng)常用在各“功能模塊”電路的電源通斷控制，是常用電路之一。本文要講解的電源開關(guān)電路，是用MOS管實現(xiàn)的，且?guī)?b class="flag-6" style="color: red">軟開啟功能。 ? 電路說明 電源開關(guān)電路，尤其是MOS管電源開關(guān)電路，經(jīng)常
2021-09-02 10:06:5513688
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帶軟開啟功能的MOS管電源開關(guān)電路
轉(zhuǎn)自：電路啊 電源開關(guān)電路，經(jīng)常用在各“功能模塊”電路的電源通斷控制，是常用電路之一。本文要講解的電源開關(guān)電路，是用MOS管實現(xiàn)的，且?guī)?b class="flag-6" style="color: red">軟開啟功能
2021-10-21 14:06:0042
42電路設(shè)計基礎(chǔ)之MOSFET管開關(guān)電路
對于MOS管，我們在電路設(shè)計中都會遇到，那么應該如何設(shè)計一個MOS管的開關(guān)電路呢？
2022-12-08 09:54:213556
3556延遲開關(guān)電路設(shè)計方案
延遲開關(guān)電路指的是當電路開關(guān)按下時，負載需要經(jīng)過一定時間后才能夠獲得電源。
2023-03-13 13:54:214950
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新品推薦 | 東科推出業(yè)內(nèi)首款合封氮化鎵有源箝位控制芯片
DK120GA是一款合封氮化鎵功率器件的有源箝位反激AC-DC功率轉(zhuǎn)換芯片。它具有超高集成度，內(nèi)置有源箝位拓撲所需的兩顆GaNHEMT功率管，邏輯控制電路和半橋驅(qū)動電路，是目前業(yè)內(nèi)唯一一款一體式合
2022-06-21 09:47:164264
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開關(guān)電路設(shè)計方案
脈沖。將高壓整流濾波電路產(chǎn)生的高壓直流電變成高頻脈沖直流電，送到主變壓器降壓，變成低頻脈沖直流電。開關(guān)電路設(shè)計方案開關(guān)電路在單片機電路設(shè)計中經(jīng)常用到，一般有兩個作用
2022-09-13 10:33:492481
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晶體管開關(guān)電路詳解
TTL晶體管開關(guān)電路按驅(qū)動能力分為小信號開關(guān)電路和功率開關(guān)電路。按晶體管連接方式分為發(fā)射極接地（PNP晶體管發(fā)射極接電源）和射手跟隨開關(guān)電路。
2023-07-03 10:12:185770
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一鍵開關(guān)電路的好處？生活中的一鍵開關(guān)電路有哪些？
一鍵開關(guān)電路的好處？生活中的一鍵開關(guān)電路有哪些？ 一鍵開關(guān)電路是指一個電路設(shè)計，可以用一個按鈕或開關(guān)來控制多個電器或燈具的開關(guān)。一鍵開關(guān)電路的好處很多，首先省去了每個電器或燈具撥動開關(guān)的繁瑣步驟
2023-10-22 15:18:144170
4170電力電子電路中，緩沖電路和軟開關(guān)電路有什么區(qū)別？
電力電子電路中，緩沖電路和軟開關(guān)電路有什么區(qū)別？ 緩沖電路和軟開關(guān)電路是電力電子中常見的兩種電路結(jié)構(gòu)，它們在應用、工作原理和性能特點上存在一些區(qū)別。 緩沖電路（buffer circuit）是一種將
2023-11-21 15:17:521931
1931mos開關(guān)電路怎么連接
MOS開關(guān)電路是一種常見的電子電路，用于控制電源的通斷或傳輸信號。它的連接方式取決于具體的應用需求和電路設(shè)計。下面將詳細介紹MOS開關(guān)電路的連接方式。 一、MOS開關(guān)的基本原理 MOS開關(guān)是一種利用
2023-12-19 11:27:343441
3441軟開關(guān)電路可以分為哪幾類
軟開關(guān)電路是一種在電力電子領(lǐng)域中廣泛應用的技術(shù)，它通過減少開關(guān)器件在開關(guān)過程中的電壓和電流應力，從而降低開關(guān)損耗、提高效率、減小電磁干擾等。軟開關(guān)電路可以分為以下幾類： 零電壓開關(guān)（ZVS）電路 零
2024-08-14 11:06:044009
4009什么是觸發(fā)開關(guān)電路
觸發(fā)開關(guān)電路是一種特殊的電路，它設(shè)計用于在接收到特定信號（如脈沖、電壓或電流變化）時，觸發(fā)開關(guān)狀態(tài)的變化，從而控制電路的通斷或執(zhí)行其他邏輯功能。以下是關(guān)于觸發(fā)開關(guān)電路的介紹： 定義與特性 定義
2024-09-23 09:50:432758
2758BJT開關(guān)電路的設(shè)計
BJT（Bipolar Junction Transistor，雙極結(jié)型晶體管）開關(guān)電路的設(shè)計涉及多個方面，包括電路的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、參數(shù)計算以及實際應用中的注意事項等。以下是對BJT開關(guān)電路設(shè)計
2024-12-31 16:25:312083
2083- 設(shè)計技術(shù)
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