一款有源鉗位雙路輸出正激變換器的設計

摘 要：本文重點介紹了一款有源鉗位雙路輸出的正激變換器的工作原理，并給出了設計過程和參數(shù)計算。

關鍵詞：正激變換器，有源鉗位；雙路輸出

ABSTRACT：This paper focuses on the working principle of an active clamp and dual forward converter，the design process and parameter are provide.

Keywords：Forward converter，Active Clamp，Dual ouput

1.緒論

HJDD4811D60型電源模塊是為某單位研制的系列產(chǎn)品之一。該產(chǎn)品是窄范圍輸入，具有體積小，紋波低的優(yōu)點。本文基于正激變換器設計出了輸入45～51V，雙路輸出±11V的60W電源。

2.正激變換器

單端正激變換器的拓撲如圖1所示，變壓器T起變壓和隔離的作用，在輸出端加一個電感L，起能量存儲及傳遞作用。

當開關管Q導通時，輸出整流管D1正向?qū)ǎ⑼ㄟ^電感L和電容C將能量提供給負載R，此時輸出續(xù)流管D2反向截止，輸出電感L1儲能；當開關管Q關斷時，整流二極管D1截止，續(xù)流二極管D2導通，電感L1將其儲存的能量提供給輸出負載，以保持輸出電壓不變[1]。

3.有源鉗位

單端正激式拓撲變壓器由于工作在磁滯回線的第一象限，因此在關斷周期必須進行磁復位，否則變壓器會飽和，一旦飽和，電路電流過大會燒毀初級電路。單端正激式拓撲常用的磁復位方式有RCD磁復位、諧振式磁復位、輔助繞組磁復位和有源箝位四種[2]。

RCD磁復位是利用電阻、電容以及二極管組成去磁電路并接在變壓器初級上或開關管漏-源上，該方式電路結構簡單，成本低，但是磁芯單向磁化，大部分磁化能量消耗在鉗位電阻中，損耗較大。

輔助繞組磁復位是在變壓器上再繞制一組輔助線圈，將其與去磁二極管串聯(lián)并在輸入端上，變壓器磁芯利用率不高，單向磁化；最大占空比受制于變壓器的匝比，不能超過50%；

諧振式磁復位是將電容并在開關管漏-源或變壓器初級兩端，通過諧振電容對變壓器進行復位，諧振式磁復位的占空比可以超過50%，該復位方式是利用輸入電壓給變壓器復位，激磁能量和漏感能量回饋到輸入側(cè)，基本上沒有損耗。

有源箝位是將開關管和箝位電容串聯(lián)后，并接在變壓器初級上或開關管漏-源上，利用輸入端電感（勵磁電感、漏感和輸入濾波電感之和）和箝位電容諧振，使變壓器的磁芯工作區(qū)域由第一象限擴展到第一和第三象限，提高了磁芯的利用率實現(xiàn)了磁復位，同時實現(xiàn)了開關管的零電壓開啟和關斷，有效地降低了損耗，提高了效率[3]。

考慮到產(chǎn)品輸出功率較大及零電壓開通關斷技術，該設計使用有源鉗位復位方式。

4.應用舉例

4.1電源的參數(shù)設計

該設計復位電路選用低邊有源鉗位電路，它是將鉗位管和鉗位電容串聯(lián)后，再并接于主開關管漏源兩端，不需要驅(qū)動電路就可以自驅(qū)動，電路結構相對簡單。使開關管工作在零電壓開關狀態(tài)，減小了開關損耗和開關應力。

PWM控制器，采用LM5025A。LM5025A功能齊全，根據(jù)控制芯片LM5025A的用戶手冊，結合本次設計的要求，設計出了如圖4.所示的控制電路。引腳3、引腳4外接過流保護電路，引腳7外接輔助電源供電電路，引腳13外接反饋穩(wěn)壓電路，引腳16外接輸入過、欠壓保護電路[4]。

4.3雙路輸出設計

開關電源被廣泛用于電子系統(tǒng)中，對雙路輸出開關電源的輸出部分設計時，一般情況是將輸出負載大的那一路作為主輸出進行反饋控制，以保證在輸入電壓和輸出負載變化時輸出電壓能夠保持穩(wěn)定[5]。理想情況下，主輸出和輔輸出匝數(shù)比在保持線性的情況下，主路輸出電壓穩(wěn)定的話，輔路輸出電壓也會穩(wěn)定，但現(xiàn)實情況是，由于功率變壓器的漏感、繞組間的電阻，輔輸出電壓隨著負載的變化而變化。

本文設計的輸出部分由于雙路輸出之間隔離，現(xiàn)采用下面的方法來解決穩(wěn)定性問題：功率變壓器輸入與輸出各繞組耦合優(yōu)化。功率變壓器各繞組之間的輸出阻抗影響著輸出電壓變化，在繞制輸出繞組時為減小輸出阻抗，輸出繞組必須緊密耦合，并且輸出電流大的那個輸出繞組須與輸入繞組耦合最好，本文兩路輸出電壓電流相同，繞制時可采取三明治和輸出繞組雙線同時繞制的方法。

4.4.主要元器件設計

4.4.1高頻變壓器的設計

6.結束語

圖2中電路可推廣使用，100W內(nèi)的正激變換器可廣泛使用。對于輸出低壓大電流的變換器可采用同步整流有源鉗位技術。

參考文獻

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[2]陳道煉，范玉萍，嚴仰光.正激變換器的磁復位技術研究[J].電力電子技術，1998，1：36-41.

[3]Acik，Cadiric I.Active clamp ZVS forward converter with soft-switched Synchronous rectifier for high efficiency low output voltage application[J].IEEE Electric Power Applications，2013，150（2）：165-174.

[4]于孟春.基于LM5025的有源箝位反激變換器的設計與實現(xiàn)[D].華中科技大學，2013.

[5]賈麗超，劉云鵬.低交叉調(diào)整率的雙輸出DC/DC變換器的設計.[J].微處理機，2016，10（5）：21-24.

[6]李康藝，王興蔚，龔軍勇等.單端出有源鉗位正激DC-DC變換器設計[J].磁性材料及器件，2010，41（5）：60-63

作者簡介：

陳瑜 女 工程師。2008年畢業(yè)于長春理工大學電子信息工程專業(yè)，現(xiàn)在陜西華經(jīng)微電子股份有限公司微電路事業(yè)部從事產(chǎn)品設計工作。

陳俊 男 工程師。2005年畢業(yè)于陜西理工學院電子信息工程專業(yè)，現(xiàn)在陜西華經(jīng)微電子股份有限公司微電路事業(yè)部從事產(chǎn)品設計工作。

金成 男 助理工程師。2016年畢業(yè)于西安科技大學自動化專業(yè)，現(xiàn)在陜西華經(jīng)微電子股份有限公司微電路事業(yè)部從事產(chǎn)品設計工作。