雙晶體管正激有源鉗位開關(guān)電源的優(yōu)勢

現(xiàn)在世界資源短缺，各國政府及社會各界越來越要求節(jié)能降耗。中國政府也正秉持這一國際化趨勢的理念在不斷邁進，這一趨勢在未來幾年還會加速，這勢必為響應(yīng)這一國際趨勢的科技型企業(yè)帶來巨大的機遇。同時對技術(shù)薄弱的電源企業(yè)就是一個巨大的考驗。在電源行業(yè)來講，這幾年大家一直致力于80PLUS的產(chǎn)品研發(fā)，時至今日，這項技術(shù)在大的企業(yè)已經(jīng)得到普及。接下來的方向就是如何來達到85PLUS的要求。

這對于一般的適配器或高電壓直流輸出的電源來講沒有什么問題，大家很容易就可以實現(xiàn)。但是對于一般的PC電源或服務(wù)器電源這種帶多輸出中低直流電壓的電源來講，要達到85PLUS就不這么容易了。電源目前常見的幾種可以實現(xiàn)高效率的電路拓撲來講，單晶體管有源鉗位技術(shù)現(xiàn)在有很多廠商推廣，但是目前使用情況還是不太普及，全橋零電壓開關(guān)的技術(shù)也有人使用，也同樣沒有得到廣泛普及。

現(xiàn)今在大的電源使用上大家最常用的就是雙晶體管正激，目前很多廠商從300W～1200W的范圍都有使用，同時可以滿足80PLUS的要求，但是目前要作到85PLUS就很難，不進行一些技術(shù)變更幾乎不可能。基于目前的情況，本文介紹一種利用有源鉗位技術(shù)在雙晶體管正激上實現(xiàn)軟開關(guān)的設(shè)計方法，并給出實際的設(shè)計案例及實驗結(jié)果。

雙晶體管正激有源鉗位軟開關(guān)的工作原理

雙晶體管正激有源鉗位軟開關(guān)主電路如圖1所示。

參閱圖2至圖7，詳細講述雙晶正激有源鉗位開關(guān)電源的工作過程如下：

1）功率傳輸階段（t0～t1），如圖2所示，該階段第一主開關(guān)管VT1和第二主開關(guān)管VT2同時導通，而鉗位開關(guān)管VTR1處于關(guān)斷狀態(tài)。加在變壓器上的輸入電壓使勵磁電流線性上升，初級向次級經(jīng)變壓器傳輸能量。次級VD1導通，VD2截止，L1上的電流線性上升，整流濾波后供給負載RL。在此條件下VD1和VD2剛好ZVS下導通，因其體二極管先前已經(jīng)在導通狀態(tài)（如圖6所示）

2）諧振階段（t1～t2），如圖3所示，在占空比的控制下，第一主開關(guān)管VT1和第二主開關(guān)管VT2在t1時刻同時關(guān)斷，變壓器磁芯極性反轉(zhuǎn)。因輸入電源和變壓器的勵磁電感的作用給VT1和VT2的寄生電容COSS1，COSS2充電，由于電容電壓不能突變，第一主開關(guān)管VT1和第二主開關(guān)管VT2在ZVS狀態(tài)下關(guān)斷。同時變壓器的勵磁電流開始給鉗位開關(guān)管VTR1的寄生電容COSS放電，經(jīng)VTR1的體二極管給鉗位電容CR1充電。次級VD1截止，VD2導通，L1經(jīng)過VD2續(xù)流繼續(xù)給負載RL供電。

3）有源鉗位階段（t2～t3），如圖4和圖5所示，在亡2時刻鉗位開關(guān)管VTR在ZVS狀態(tài)下開啟，由于VTR1的體二極管先前已開通，VTRl的UDS電壓很低。鉗位開關(guān)管VTR1在整個階段處于開通狀態(tài)，變壓器勵磁電流經(jīng)過鉗位開關(guān)管VTR1繼續(xù)給鉗位電容CR1充電，鉗位電容CR1充滿以后經(jīng)變壓器勵磁電感放電。次級在整個階段由L1續(xù)流經(jīng)VD2給負載供電，VD1截止。

4）諧振階段（t2～t4），如圖6所示，t3時刻鉗位開關(guān)管VTR1在ZVS狀態(tài)下關(guān)斷（VTR1的寄生電容使電壓不能突變），由于變壓器初級電流仍然反向流動，磁芯極性反轉(zhuǎn)，使第一主開關(guān)管VT1和第二主開關(guān)管VT2的寄生電容COSS放電，在t3后VD1導通，VD2截止；然后其主開關(guān)管的體二極管導通把能量全部送回輸入電源與負載，變壓器磁芯完成磁復位。此時主開關(guān)管VT1和VT2的UDS電壓為零，t4時刻同時開啟第一主開關(guān)管VT1和第二主開關(guān)管VT2做到ZVS導通。在t4完成后，開關(guān)周期又返回到t0～t1的狀態(tài)。

其中t1～t2和t3～t4的諧振時間是實現(xiàn)零電壓開關(guān)的關(guān)健，可以調(diào)節(jié)使零電壓開關(guān)做到最佳。

本文介紹的雙晶體管正激有源鉗位開關(guān)電源同時擁有單晶正激有源鉗位和雙晶正激兩者的優(yōu)點，適合于高壓中大功率應(yīng)用，并且磁芯得到有效的復位，磁芯利用率得到提高，占空比可以超過0.5，甚至可以達到0.7。

如果輸入電壓為380V，占空比在0．7時，主開關(guān)管反壓也才634V左右，在高電壓應(yīng)用中有較大的好處，做到了零電壓開關(guān)，效率比雙晶正激有較大的提高，同時也減少了EMI的干擾。而次級波形無死區(qū)時間，適合采用自驅(qū)動同步整流，對低電壓大功率輸出有很大的好處，頻率也可以相應(yīng)的提高，可節(jié)省磁芯材料，減小體積，初次級開關(guān)管的電壓應(yīng)力也相應(yīng)減小。

雙晶正激有源鉗位軟開關(guān)電源還有另一種結(jié)構(gòu)，如圖8所示。其結(jié)構(gòu)與圖1所示的雙晶正激有源鉗位軟開關(guān)電源基本相似，只鉗位開關(guān)管VTR3以及鉗位電容CR3設(shè)置在副邊，鉗位電容CR3一端與變壓器的同名端相連，另一端與鉗位開關(guān)管VTR3的D極相連，鉗位開關(guān)管VTR3的S極與變壓器的異名端相連，請參閱圖8。其工作原理同在初級鉗位相差不多，這里不再講述。

實際波形結(jié)果我們實際用一般雙晶體管正激的產(chǎn)品經(jīng)過改進，將其調(diào)整為上述的有源鉗位方式，其實際的雙晶體管工作波形如圖9～圖12所示。