概述

單端變換器的磁復(fù)位技術(shù)

使用單端隔離變壓器之后，變壓器磁芯如何在每個(gè)脈動(dòng)工作磁通之后都能恢復(fù)到磁通起始值，這是產(chǎn)生的新問(wèn)題，稱為去磁復(fù)位問(wèn)題。因?yàn)榫€圈通過(guò)的是單向脈動(dòng)激磁電流，如果沒(méi)有每個(gè)周期都作用的去磁環(huán)節(jié)，剩磁通的累加可能導(dǎo)致出現(xiàn)飽和。這時(shí)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)電流很大;斷開(kāi)時(shí)，過(guò)電壓很高，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件的損壞。

剩余磁通實(shí)質(zhì)是磁芯中仍殘存有能量，如何使此能量轉(zhuǎn)移到別處，就是磁芯復(fù)位的任務(wù)。具體的磁芯復(fù)位線路可以分成兩種：

一種是把鐵芯殘存能量自然的轉(zhuǎn)移，在為了復(fù)位所加的電子元件上消耗掉，或者把殘存能量反饋到輸入端或輸出端;另一種是通過(guò)外加能量的方法強(qiáng)迫鐵芯的磁狀態(tài)復(fù)位。具體使用那種方法，可視功率的大小、所使用的磁芯磁滯特性而定。

在磁場(chǎng)強(qiáng)度H為零時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的多少是由鐵芯材料決定。圖a的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br比圖b小，圖a一般是鐵氧體、鐵粉磁芯和非晶合金磁芯，圖b一般為無(wú)氣隙的晶粒取向鎳鐵合金鐵芯。

對(duì)于剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br較小的鐵芯，一般使用轉(zhuǎn)移損耗法。轉(zhuǎn)移損耗法有線路簡(jiǎn)單、可靠性高的特點(diǎn)。對(duì)于剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br較高的鐵芯，一般使用強(qiáng)迫復(fù)位法。強(qiáng)迫復(fù)位法線路較為復(fù)雜。

簡(jiǎn)單的損耗法磁芯復(fù)位電路是由一只穩(wěn)壓管和二極管組成，穩(wěn)壓管和二極管與變壓器原邊繞組或和變壓器副邊繞組并聯(lián)，磁芯中殘存能量由于穩(wěn)壓管反向擊穿導(dǎo)通而損耗，它具有兩種功能，既可以限制功率開(kāi)關(guān)管過(guò)電壓又可以消除磁芯殘存能量。在實(shí)際應(yīng)用中由于變壓器從原邊到副邊的漏電感(寄生電感)存在，這個(gè)電感中也有存儲(chǔ)的能量，因此一般把穩(wěn)壓管和二極管與變壓器原邊繞組并聯(lián)連結(jié)。這種電路只適用于小功率變換器中。

幾種磁復(fù)位方式

三繞組復(fù)位法

RCD復(fù)位

有源鉗位

雙管正激

三繞組復(fù)位法

優(yōu)點(diǎn)：

技術(shù)成熟可靠，磁化能量可無(wú)損地回饋到直流電網(wǎng)中去。

缺點(diǎn)：

附加的磁復(fù)位繞組使變壓器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)復(fù)雜化;

開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，變壓器漏感引起的關(guān)斷電壓尖峰需要RC緩沖電路來(lái)抑制，尤其是變壓器滿載時(shí);

開(kāi)關(guān)管承受的電壓與輸入直流電壓成正比，當(dāng)變壓器工作在寬輸入電壓范圍時(shí)，必須采用高壓功率MOSFET,而高壓功率MOSFET的導(dǎo)通電阻較大，從而導(dǎo)致導(dǎo)通損耗較大;

Uin=Uinmax時(shí)，占空比d=dmin很小，不易于大功率輸出。

RCD復(fù)位

Cs：晶體管輸出電容、鉗位二極管結(jié)電容、折算到原邊的整流二極管結(jié)電容和變壓器繞組電容之和

t=t0～t1期間，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通變壓器上的磁化電流增加;t=t1時(shí)VM 關(guān)斷，隨后以負(fù)載折算到原邊的電流Io/n給Cs線性充電;

t=t2時(shí)開(kāi)始磁復(fù)位，Cs與Lm諧振使得磁化電感能量有一部分轉(zhuǎn)移到Cs 中去，剩余的磁化電感能量和變壓器漏感能量消耗在鉗位電阻R中;

t=t2時(shí)開(kāi)始磁復(fù)位，Cs與Lm諧振使得磁化電感能量有一部分轉(zhuǎn)移到Cs 中去，剩余的磁化電感能量和變壓器漏感能量消耗在鉗位電阻R中;

在t=t4～t5期間，Cs中儲(chǔ)存的能量傳遞到磁化電感Lm中去。

可推導(dǎo)出鉗位電壓為：

① Uc與Uin無(wú)關(guān);

②增大Lm可降低Uc;

③ 增加Cs，可降低Uc;這可通過(guò)在VM漏源兩端外并電容來(lái)實(shí)現(xiàn).但這卻增加了功率開(kāi)關(guān)的容性開(kāi)通損耗;

④減小源副邊總漏感L1k可降低Uc，這是降低鉗位電壓的關(guān)鍵因素。

優(yōu)點(diǎn)：

磁復(fù)位電路簡(jiǎn)單;

功率開(kāi)關(guān)電壓較低;

占空比d可大于0.5,適用于寬輸入電壓場(chǎng)合。

缺點(diǎn):

大部分磁化能量消耗在鉗位電阻中。因此，它廣泛應(yīng)用于價(jià)廉、效率要求不太高的功率變換場(chǎng)合。

有源鉗位

為了簡(jiǎn)化分析，假設(shè)輸出濾波電感L和鉗位電容Ccl足夠大，因此可將它們分別作為電流源和電壓源處理。變壓器用磁化電感Lm 、原副邊總漏感L1k和變比為n：1的理想變壓器表示。每個(gè)開(kāi)關(guān)周期分為七個(gè)區(qū)間.原理波形如下圖所示。

t=t0時(shí)，功率開(kāi)關(guān)VM開(kāi)通。VDC與VD2截止.VD1開(kāi)通;

t=t1時(shí)。功率開(kāi)關(guān)VM關(guān)斷，以Io/n對(duì)電容Cs充電.使得UDs增大;

t= t2時(shí)。UDs=Uin ，VD1關(guān)斷，VD2開(kāi)通，磁化電流對(duì)C2 充電.即 Lm與Cs 諧振，部分磁化能量轉(zhuǎn)移到Cs中去;

t=t3時(shí)，UDs=Uin +Uc1，VDC開(kāi)通.i m以-Uc1/Lm 斜率下降，一直到t4 時(shí)刻為零，鉗位開(kāi)關(guān)VMC 應(yīng)在t3～t4 期間加上開(kāi)通信號(hào);

t=t4時(shí)，i m開(kāi)始變負(fù)，VMc 實(shí)現(xiàn)了零電壓開(kāi)通，i m仍以一Ucl/L m斜率下降，鐵心工作在第三象限;

t=t5時(shí)，VMc關(guān)斷，Lm與Cs開(kāi)始諧振，C s以負(fù)的磁化電流放電，能量回饋到電網(wǎng)及轉(zhuǎn)移到磁化電感中去;

t=t6時(shí)，UDS下降到Uin，VD1開(kāi)通，為i m在副邊續(xù)流提供了通路;

t=t7 時(shí)，VM再次開(kāi)通，開(kāi)始了另一周期。由此可見(jiàn)，鉗位開(kāi)關(guān)VM 實(shí)現(xiàn)了零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)，功率開(kāi)關(guān)VM 實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷，但非零電壓開(kāi)通。

優(yōu)點(diǎn)：

變壓器磁化能量和漏惑能量可重復(fù)利用;

可利用低壓功率MOSFET和二極管;

ZVT-PWM工作方式;

占空比d可大于0.5;

變壓器鐵心工作在一、三象限雙向?qū)ΨQ磁化，鐵心利用率高，銅損小

缺點(diǎn)：

多用一個(gè)鉗位開(kāi)關(guān)，增加了驅(qū)動(dòng)電路難度和變換器成本。

雙管正激

優(yōu) 點(diǎn) :

加 于 每 個(gè)MOSFFT的最大電壓僅為VDD。

減 少 了干擾尖峰，有利于減小了應(yīng)力和噪聲

可 以 有 效地避免誤觸發(fā)引起的短路故障。

缺 點(diǎn) :

需 要 更 多的開(kāi)關(guān)器件，增加了成本。

電路 中 過(guò)多的器件可能降低效率，但可以通過(guò)使用低

額定電壓的MOSFET降低電阻RDS(on)來(lái)提高效率。

占空 比 小于50%，受開(kāi)關(guān)頻率的限制。