1? 引言
当今,由于模块电源具有体积小、效率高、可靠性高、使用方便等优点,已广泛使用于航空航天、机车舰船、军工兵器、邮电通信、和科研实验等社会生产和生活的各个领域,尤其是在高可靠和高技术领域发挥着不可替代的重要作用。中小功率的模块电源一般使用单端正激电路,然而由于其磁特性工作在第一象限,并且是硬开关工作模式,决定了该电路存在一些固有的缺陷:变压器体积大,损耗大;开关器件电压应力高,开关损耗大;dv/dt和di/dt大,EMI问题难以处理。 为了克服这些缺陷,文献[1]提出了有源钳箝位正激变换器拓扑,从根本上改变了单端正激变换器的运行特性,并且能够实现零电压软开关工作模式,从而大量地减少了开关器件和变压器的功耗,降低了dv/dt和di/dt,改善了电磁兼容性。因此,有源钳位正激变换器拓扑迅速获得了广泛的应用。
2? 主电路工作原理
有源箝位电路通常由有源器件(或称箝位开关)和箝位电容串联而成,并联在主管或变压器原边绕组两端。在主功率开关管关断期间,由箝位电容将主开关管两端电压嵌位在一定数值水平上,基本保持不变,使主开关管避免承受过高的电压。
在正激变流器中采用有源箝位技术,即有源嵌位正激电路,还可以实现变压器磁芯磁通的自动复位,无需另加复位措施;并可使激磁电流沿正反方向流通,使磁芯可以在磁化曲线的第一和第三象限运行,提高了磁芯的利用率。同时,该复位技术和其他复位方式相比,电路还具有如下两个优点:
(2)正激有源箝位电路变压器上是完整的方波,能很自然的给副边两个同步整流管提供简单有效的自驱动的方案。
本文采用的电路拓扑如图1所示,增加了辅助开关Sa(带反并二极管)和储能电容Cs,以及谐振电容Cds1、Cds2,且略去了传统正激变换器的磁恢复电路。开关S和Sa工作在互补状态。为了防止开关S和Sa共态导通,两开关的驱动信号间留有一定的死区时间。由于变压器上为完整的方波,副边两个同步整流管采用变压器自驱动方案。
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3? 控制芯片选择
LM5025是一款有源钳位专用的PWM变换器,其内部驱动器可驱动P沟道或N沟道钳位开关。LM5025有两路控制输出:主功率驱动(OUT_A)输出和有源钳位驱动(OUT_B)输出。有源钳位输出可以设定重叠时间(P沟道开关管)或死区时间(N沟道开关管)。两路驱动输出具有良好的驱动性能,即可驱动MOS管,也可驱动双极晶体管。除此以外,还有以下优点:
(1)高压启动稳压器
LM5025内部有一个高电压启动稳压器,允许VIN直接连接输入电压。稳压器最大输出电流为20mA。VCC端电压达到7.6V,内部5V基准电压建立,控制器开始工作。当VCC低于6.2V或在输入欠压锁定状态时,控制器关断。在典型应用中,辅助绕组通过二极管连接到VCC端,该绕组必须使VCC电压高于8V,以关断内部启动稳压器。用辅助绕组给VCC供电,不仅提高了效率,而且降低了控制器的损耗。
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