7)在T5时刻,初级磁化电流减为零,箝位电容C2通过初级绕组N1、箝位绕组N3向电源VI放电,回送电容储能,VS跌至VI。
8)下一时刻重复以上过程。
3 关键电路参数设计
(1)箝位电容计算
从上文分析可知,箝位电容C2的取值决定了功率管漏源间电压VS超出VI值的多少,超出的电压dVS近似计算方法见式 (1):
dVS =0.5(Io/Nps)(T2-T3)/C (1)
式中 Nps是初次级匝比,Io是负载电流。
因VS的上升时间与T2-T3间隔相比甚小,可忽略不计,故
dT= T2-T3=LS(Io/ Nps)/VI (2)
式中是LS相对于初级绕组的初次级间漏感
联解(1)、(2)式可得:
dVS =0.5(Io/Nps)(LS Io/Nps)/(VI×C)
=0.5LS(Io/Nps)2/(VI×C) (3)
(2)箝位二极管设计选择
二极管D3的峰值电流定额必须大于Io/Nps,同时其平均电流定额IAV至少必须等于:
IAV=0.5(Io/Nps)(dT/T) (4)
式中T是开关周期
二极管的电压定额必须超过2VI
(3)箝位绕组匝数计算
绕组匝数N3越多,电源允许的最大占空比越小,功率开关管S上的电压应力越低,但占空比小,开关变压器的利用率低。综合考虑最大占空比和开关管的电压应力,一般选择箝位绕组匝数和初级绕组匝数相同,即
N3=N1 (5)
4 应用实例
设计了一应用于输入为220Vac(187Vac~242Vac)、输出为20V/8A的正激变换高频开关电源,工作频率是200kHz,最大占空比为0.45,采用新型无损箝位电路,铜线的趋肤深度为Δ=0.148mm。按照上述设计方法,设计的电源变压器有关参数如下:
磁芯规格ETD34,磁芯材料为3F3, Philips;
初级绕组28匝;复位绕组28匝;次级绕组9匝。
设计出的变压器的初级励磁电感值实测为Lm=748.40μH,次级电感值实测为Ls=64.7μH,初级漏感电感值实测约为63μH,箝位电容C=4700Pf,箝位二极管选用MUR4100。
利用示波器测试其在输入220VAC、输出20V/8A条件下,功率开关管漏源极电压波形如下图4所示,测试结果表明过压尖峰得到了有效抑制,实现了无源无损箝位的目的。
5 结 语
本文介绍了一种无损箝位电路在单端正激电源中的应用,着重分析了工作原理,并给出关键电路参数的设计。用一种峰值电流模式控制芯片UC1825设计的某型电源,已配套应用于军用、民用产品,取得了良好的性能。实验结果表明非常有效地抑制了过压尖峰,实现了无源无损箝位。这种新型电路,拓扑简单可靠,可移植于如单端正激、单端反激、SEPIC、CUK以及ZETA等拓扑电路中,应用前景广阔。