針對反激式開關電源箝位電路設計分析

【摘 要】本文首先對反激式開關電源鉗位電路進行概述，并在此基礎上針對反激式開關電源鉗位電路的優化設計進行了系統研究。期望通過本文的研究能夠對提高反激式開關電源的安全性、可靠性有所幫助。

【關鍵詞】反激式開關電源；鉗位電路；優化設計

1.反激式開關電源鉗位電路概述

就鉗位電路而言，其最為主要的作用是將脈沖信號波形的某一個部分固定于一個電平之上，以此來使其低于設定值。在反激式開關電源當中，鉗位電路一般都是設置在主開關管與變壓器相連接的位置處，此時該電路的作用是對主電路開關管進行有效保護，同時抑制變壓器漏電感與開關管雜散電容的諧振脈沖電壓。由于反激式開關電源的主開關管在導通或是截止時，其兩端會出現一定程度的電壓，同時還會伴隨出現一定強度的電流，這樣一來，便會導致開關管損耗。為進一步降低整個電路的損耗，在進行鉗位電路的設計時，需要充分考慮對主開關管的保護以及盡可能減少電路損耗，從而確保開關管始終處于低電壓應力及無損耗的條件下工作，通常將這種情況稱之為軟開關。軟開關的方式通常都是相對于硬開關而言的，開關管在硬開關的工作方式下會出現一定的能量損耗，而在軟開關的方式下，則基本處于無損耗的狀態。在反激式開關電源中，想要實現開關管在軟開關的條件下工作，就必須確保其兩端電壓或是電流在導通或是截止時有一個數值為零。在這一前提下，可將開關管的工作方式分為以下兩種：一種是零電壓工作方式，另一種是零電流工作方式。

鉗位電路是反激式開關電源當中不可或缺的保護電路，其對于整個電源的安全性以及能量損耗均有著非常重要的影響。在實際使用過程中，反激式開關電源電路當中的元器件很難全部處于理想的狀態，加之變壓器本身存在一定程度的漏電感，開關管上開會分布雜散電容，這兩者均會對開關管構成威脅，故此，必須通過加入鉗位電路來有效抑制尖峰電壓。在反激式開關電源中，RCD鉗位電路是應用比較廣泛的一種鉗位網絡，究其根本原因是其電路結構比較簡單，具體是由電阻、電容和二極管構成。在該電路結構當中，電阻具有消耗儲存在變壓器漏電感中能量的作用，而電容的存在主要是保證能夠獲得一個低文波的直流源，二極管則具有單向導通功能。當開關管處于截止狀態時，RCD鉗位電路開始工作，此時變壓器的漏電感能量也隨之釋放，二極管導通并對電容進行充電，當二極管的反向電壓超過正向電壓時，其便會截止，而電容則會借助電阻進行放電并消耗能量。不同的電容充電時間也均不相同，其對鉗位效果的影響也存在一定的差異。通過大量的試驗得出如下結論：RCD鉗位電路當中的電容過大或是過小都無法達到鉗位的效果，鑒于此，確定最為合適電容值至關重要。

2.針對反激式開關電源鉗位電路的優化設計研究

從目前反激式開關電源的鉗位電路設計的總體情況看上，其逐步朝著提升電源電路的可靠性和高效性方向發展，與此同時，在實現諸多功能的基礎上，鉗位電路的設計也隨之變得復雜化。然而，由于受多方面條件的影響和制約，使得反激式電源開關的鉗位電路設計還存在一些不足之處。故此，下面本文重點對鉗位電路的優化設計進行分析。

2.1電路結構與基本工作原理分析

經過優化之后得到了低鉗位電壓ZVS反激式開關電源，如圖1所示。

圖1 低鉗位電壓反激式開關電源電路結構示意圖

由圖1可知，該電源為雙開關，其中主開關管有兩個，分別為S1和S2；輔助開關管有兩個，分別為S3和S4；輸出整流二極管位于變壓器的副邊，用字母D表示；輸出端的濾波電容為Co，其與輸入端通過變壓器（T）相連接，T還具備電氣隔離的作用；Cos1、Cos2、Cos3和Cos4分別為開關管S1～S4的雜散電容，且C=C=C=C；d1、d2、d3、d4分別為S1～S4的體二極管。Cc1與Cc2分別為鉗位電路部分的鉗位電容；Llk為（T）的漏電感，LM為（T）的原邊電感，原邊與副邊電感的匝數比為n1：n2；全部開關管的周期均為Ts，可用1/ 來表示。該鉗位電路經過優化之后，開關管的驅動電路較之單開關電路復雜很多，以一個工作周期為例，S1與S2同時導通和截止，而S3與S4則會在S1與S2截止一段時間后自動導通，并在S1與S2導通前的一段時間截止。通過對開關管之間的導通次序進行合理控制，能夠有效確保全部開關管均在ZVS的方式下運行，并且S1～S4開關管的電壓應力均鉗位于比輸入電壓低。

2.2電源優化后的穩態分析

為了對優化之后的鉗位電路特性進行系統分析，將某個周期內的電路工作時序狀態分為三個階段，并假定各個時序全部處于穩定狀態，以此作為前提進行具體分析：

階段1：（t

階段2：（t

階段3：（t

在上述三個階段內，電源實現了能量的傳遞，通過對優化設計后的鉗位電路在各階段作用的分析后得出如下結論：優化設計的鉗位能夠實現全部開關管的電壓鉗位，并使開關管始終處于ZVS的方式下工作。由此可知，本文提出的優化設計方法合理、可行，具有一定的推廣使用價值。

3.結論

總而言之，隨著反激式開關電源技術的迅猛發展，一些應用場合對此類電源的各方面性能提出了更高的要求。通過相關研究后發現，設計一種低鉗位電壓漏電感能量循環利用無開關損耗的鉗位電路，能夠使反激式開關電源的安全性、穩定性和可靠性大幅度提高，并且可以滿足大多數應用場合的使用要求，這對于反激式開關電源的推廣具有非常重要的現實意義。

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