双晶体管正激有源钳位软开关电源的设计方案

引言

现在世界资源短缺，政府和社会各界越来越需要节能降耗。中国政府也在继续坚持这一国际化趋势的理念，这一趋势将在未来几年加速，这必然会给响应这一国际趋势的科技企业带来巨大的机遇。同时，这对技术薄弱的电力企业来说是一个巨大的考验。在电力行业，近年来我们一直致力于80PLUS到目前为止，这项技术已经在大企业普及。下一个方向是如何达到85PLUS要求。这对于一般适配器或高压直流输出电源来说没有问题，每个人都很容易实现。但对于一般来说PC电源或服务器电源这种带多输出中低直流电压的电源来讲，要达到85PLUS不那么容易。目前，几种常见的电源可以实现高效的电路拓扑。单晶管有源钳位技术得到了许多制造商的推广，但目前的使用仍然不太流行。全桥零电压开关技术也被使用，并没有得到广泛推广。目前，最常用的大电源是双晶管正极。目前，许多制造商已经从300开始W～1200W使用范围，可满足80PLUS 要求，但目前要达到85PLUS很难不做一些技术改变。基于目前的情况，本文介绍了一种利用有源钳位技术在双晶体管实现软开关的设计方法，并给出实际的设计案例和实验结果。

双晶体管正激有源钳位软开关的工作原理

双晶体管正激有源钳位软开关主电路如图1所示。

参考图2至图7，详细介绍双晶正激有源钳位开关电源的工作流程如下：

1)功率传输阶段(t0～t如图2所示，本阶段第一主开关管VT一、二主开关管VT2同时导通，钳位开关管VTR1处于关闭状态。增加在变压器上的输入电压线性增加励磁电流，并通过变压器将能量传输到初级和次级。VD1导通，VD2截止，L1上电流线性上升，整流滤波后负载供应RL。在此条件下VD1和VD2刚好ZVS由于其体二极管已经在导通状态(如图6所示)

2)谐振阶段(t1～t2)，如图3所示，在空比控制下，第一主开关管VT一、二主开关管VT2在t1.同时关闭，变压器磁芯极性反转。输入电源和变压器的励磁电感VT1和VT2的寄生电容COSS1，COSS2充电，由于电容电压不能突变，第一主开关管VT一、二主开关管 VT2在ZVS关闭状态。同时，变压器的励磁电流开始给钳位开关管VTR1的寄生电容COSS放电，经VTR体二极管给钳位电容CR1充电。次级 VD1截止，VD2导通，L1经过VD继续给负载RL供电。

3)有源钳位阶段(t2～t3)如图4和图5所示，钳位开关管在死亡2时间VTR在ZVS状态下开启，由于VTR体二极管已开通，VTRl 的UDS电压很低。钳位开关管VTR1.变压器励磁电流在整个阶段通过钳位开关管开启。VTR继续给钳位电容器CR充电，钳位电容CR1充满后，通过变压器励磁电感放电。次级在整个阶段由L1续流经VD给负载供电，VD1截止。

其中t1～t2和t3～t4的谐振时间是实现零电压开关的关键，可以调节零电压开关。

本文介绍的双晶体管正激有源钳位开关电源具有单晶正激有源钳位和双晶正激的优点。适用于高压中大功率应用，磁芯有效复位，磁芯利用率提高，占空比可超过0.甚至可以达到0.7.如果输入电压为380V，占空比在0.7时，主开关管反压仅为634V左右，在高压应用中有很大的优势，实现了零电压开关，比双晶正激效率大大提高，同时也减少了EMI干扰。二次波形无死区时间，适用于自驱动同步整流，对低压大功率输出有很大好处。频率也可以相应提高，可以节省磁芯材料，减少体积，初级开关管的电压应力也可以相应降低。

双晶正激有源钳位软开关电源还有另一种结构，如图8所示。其结构与图1所示的双晶正激有源钳位软开关电源基本相似，只有钳位开关管VTR三、钳位电容器CR3设置在副边，钳位电容CR三端与变压器同名端相连，另一端与钳位开关管相连VTR3的D极相连，钳位开关管VTR3的S极端与变压器的异名端相连，请参考图8。其工作原理与初级钳位相似，这里不再讲。

实际波形结果

我们实际上改进了一般双晶体管的正激产品，并将其调整为上述有源钳位。双晶体管的实际工作波形如图9~图12所示。

从上述实际波形来看，两个晶体管UDS电压比原来的硬开关低了不少，有利于设计中选择MOSFET开关管，同时选择相同规格的材料，其电压余量大大提高，提高了产品的可靠性。此外，从图中可以清楚地看到MOSFET导通和关闭基本上是零电压导通和关闭，减少了开关损耗。同时，它也有利于电磁兼容性。

图13为次级变压器 12V输出绕组波形。

从这个波形图可以看到正电压39V，负向电压26V，占空比为0.42.因此，二次整流部件的耐压性比原规格要低得多，这对提高效率有很大的好处。

结束语

本文介绍的线路已在实际应用中得到验证，充分体现了本文所述的几个优点，对提高材料选择余量和产品效率起到了很大的好处。使用该线路的大功率服务器电源为1万W目前，实例不仅满足80PLUS银牌标准，然后稍微改进二次输出整流和材料选择，完全可以达到金牌标准。因此，这条线路可以让大多数电源设计师在线路选择上有一个有益的解决方案。