[发明专利]一种有源钳位反激变换器及控制方法

说明书

本发明公开了一种有源钳位反激变换器及控制方法，本发明针对现有有源钳位反激变换器在轻载时效率低下的问题，首先从改进其控制方法入手，提供了一种可以实现各开关管的软开关，优化EMI，同时能保证较高的轻载效率的控制方法，然后再从有源钳位反激变换器的电路结构和控制方法两方面入手，提供了一种可以实现各开关管的软开关，优化EMI，同时能保证较高的轻载效率的有源钳位反激变换器。所述控制方法主要内容为：对有源钳位反激变换器采用变频控制，即使电路的工作频率随负载变化，变频控制方案根据电路总损耗与电路工作频率的关系选择。

技术领域

本发明涉及开关变换器领域，尤其涉及一种有源钳位反激变换器及控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的迅猛发展，开关变换器的应用越来越广泛，人们对高功率密度、高可靠性和小体积的开关变换器提出了更多的要求。反激拓扑具有结构简单、价格低廉等优点，被广泛应用于小功率开关变换器。但普通反激拓扑是硬开关，不能回收漏感能量，因此限制了普通反激拓扑的效率和体积。为在小功率开关变换器的体积和效率上寻求突破，软开关技术已成为电力电子技术的研究热点。

目前，能够实现软开关技术的反激拓扑代表是有源钳位反激电路拓扑，有源钳位反激变换器电路原理示意图如图1所示。有源钳位反激变换器由主功率电路(由变压器和主开关管Q1组成)、钳位电路(由钳位管Q2和钳位电容Cr组成)和输出滤波电路(由整流二极管D_SR和输出电容Co)组成。Lm为变压器励磁电感，Lr为变压器漏感。有源钳位反激变换器的钳位电路能够回收漏感Lr能量并将其传递至输出侧，并且，在DCM(Discontinous ConducionMode断续导通模式)模式下，主开关管及钳位管均断开时，有源钳位反激变换器的励磁电感Lm、漏感Lr与主开关管及钳位管的寄生电容Cds1、Cds2谐振，很容易实现 ZVS(ZeroVoltage Switching零电压开通)，提高电路的转换效率。但是，在DCM模式下，有源钳位反激变换器励磁电感Lm、漏感Lr与开关管寄生电容Cds1、Cds2的谐振将会产生较大的振荡，恶化电路的EMI(Electro Magnetic Interference电磁干扰)。

为实现反激拓扑的软开关并得到较好的EMI特性，Astec公司提出一种有源钳位反激变换器及其控制方法，电路原理示意图如图2所示，也包括主功率电路、钳位电路和输出滤波电路。主功率电路由变压器和主开关管连接而成，钳位电路由钳位电容与钳位二极管并联后与钳位管连接而成，输出滤波电路由整流二极管和输出电容连接而成。其中，Q1为主开关管，Q2为钳位管，Lm为变压器励磁电感，Lr为变压器漏感，Cr为钳位电容，D4为钳位二极管，DSR为整流二极管，Co为输出电容。主开关管Q1和钳位管Q2的关系为互补关系，期间保留一定的死区时间，总的工作周期为T，分为如下5个工作阶段：

在能量存储阶段(t0～t1阶段)，主开关管Q1导通、钳位管Q2关断，副边整流二极管D_SR截止，变压器正向激磁。

在死区阶段一(t1～t2阶段)，主开关管Q1、钳位管Q2关断，电路进入死区，原边电流先对主开关管Q1的寄生电容Cds1充电，当主开关Q1寄生电容电压大于输入电压Vin 时，钳位管Q2寄生二极管D2导通，原边电流对钳位电容Cr充电。

在能量传递阶段(t2～t3阶段)，主开关管Q1关断，钳位管Q2导通，副边整流二极管D_SR导通，励磁电感Lm电压被钳位至-Nps*Vo，其中Nps为变压器原副边绕组匝数比，Vo 为输出电压，漏感Lr与钳位电容Cr谐振，谐振周期为其中，Lr为变压器漏感的感量，Cr为钳位电容Cr的容量，当副边电流Is等于0时，该阶段结束。

在钳位续流阶段(t3～t4阶段)，主开关管Q1关断，钳位管Q2导通，副边整流二极管D_SR截止，此时励磁电感失去钳位作用，励磁电感、漏感、钳位电容三者谐振，当钳位电容电压下降为-0.7V时，二极管D4导通，此时，励磁电感被短路，谐振停止，励磁电流通过二极管D4续流，直到钳位开关管Q2关断，该阶段结束。