传统的硬开关反激变换器应用设计

geren2014

快充及电源适配器通常采用传统的反激变换器结构，随着快充及PD适配器的体积进一步减小、功率密度进一步提高以及对于高效率的要求，传统的硬开关反激变换器技术受到很多限制。采用软开关技术工作在更高的频率，可以降低开关损耗提高效率，减小变压器及电容的尺寸降低电源体积，同时改善EMI性能，从而满足系统设计的要求，特别适合于采用超结结构的高压功率MOSFET或高压GaN器件的高功率密度快充及电源适配器。

传统的硬开关反激变换器功率开关管电压、电流应力大，变压器的漏感引起电压尖峰，必须采用无源RCD吸收电路进行箝位限制，RCD吸收电路的电阻R产生额外的功率损耗，降低系统效率，如图1所示。如果将RCD吸收电路的电阻R去掉，同时将二极管换成功率MOSFET，这样就变成了有源箝位反激变换器，通过磁化曲线在第一、第三象限交替工作，将吸收电路的电容Cc吸收的电压尖峰能量，回馈到输入电压，从而实现系统的正常工作。图1：传统的硬开关反激变换器
图2：有源箝位反激变换器 2、有源箝位反激变换器工作原理非连续模式DCM有源箝位反激变换器电路结构及相关波形如图2、图3所示，图中的各个元件定义如下。Lm：变压器初级激磁电感
Lr：变压器初级漏感
Lp：变压器初级总电感，Lp=Lm+Lr
n：变压器初级和次级的匝比，n=Np/NsQ1：主功率开关管，DQ1、CQ1为Q1寄生体二极管和寄生输出电容
Qc：箝位开关管，DQc、CQc为Qc寄生体二极管和寄生输出电容
Do：次级输出整流二极管Cc：箝位电容
Cr：CQ1、CQc以及其它杂散谐振电容Cto总和，Cr=CQ1+CQc+Cto
Cc1：Cc1=Cc+CQ1+CtoVsw：Q1的D、S两端电压
Vin：输入直流电压
Vo：输出直流电压
VC：箝位电容电压每个开关周期根据其工作状态可以分为8个工作模式，各个工作模式的状态及等效电路图分别讨论如下。图3：有源箝位反激变换器波形（非连续模式DCM） ‍（1）模式1：t0-t‍1在t0时刻，Q1处于导通状态，Qc、Do保持关断状态。Lp两端所加的电压为Vin，Lp激磁，其电流从0开始，随着时间线性上升。
图4：模式1（Q1导通，Qc、Do关断）