一、磁复位电路的设计
正激式DC/DC变换器或者正激式开关电源,需要在开关功率管截止期间将高频变压器复位,以防止变压器磁芯饱和,因此,一般需要增加磁复位电路(亦称变压器复位电路)。
图一示出单端降压式同步整流器常用的3种磁复位电路:辅助绕组复位电路,R,C,VDZ箝位电路,有源箝位电路。3种磁复位的方法各有优缺点:辅助绕组复位法会使变压器结构复杂化;R,C,VDZ箝位法属于无源箝位,其优点是磁复位电路简单,能吸收由高频变压器漏感而产生的尖峰电压,但箝位电路本身也要消耗磁场能量;有源箝位法在上述3种方法中的效率最高,但提高了电路的成本。
(a)辅助绕组复位电路 (b)R、C、VDZ箝位电路 (c)有源箝位电路
图一 单端降压式同步整流器常用的三种磁复位电路
磁复位要求漏极电压要高于输入电压,但要避免在磁复位过程中使DPA-Switch的漏极电压超过规定值,为此,可在次级整流管两端并联一个RS、CS网络,电路图二所示。该电路可使高频变压器在每个开关周期后的能量迅速恢复到一个安全值,保证UD>UI。当DPA-Switch关断时,磁感应电流就通过变压器的次级绕组流出,利用电容CS使磁感应电流减至零。CS的电容量必须足够小,才能在最短的关断时间内将磁感应电流衰减到零;但CS的电容量也不能太小,以免漏极电压超过稳压管的箝位电压。电阻RS的电阻值应在1~5Ω之间,电阻值过小会与内部寄生电感形成自激振荡。上述磁复位电路适用于40W以下的开关电源。

图二 并联RS、CS网络的磁复位电路
二、磁复位电路的校验
当输入电压为最小值或最大值时,要求磁复位电路都能按可控制的范围将高频变压器准确地复位。检查磁复位情况的最好办法是观察DPA-Switch的漏极电压波形。以图3所示的磁复位电路为例,当输入电压依次为72V、48V和36V时,用示波器观察到3种磁复位波形分别如图三所示。

(a)UIN=72V
(b)UIN=48V
(c)UIN=36V
图三 3种磁复位波形
图三(a)给出了当输入电压为72V时的漏极电压波形。在输出整流管上并联2.2nF的复位电容,可满足满载情况下的需要。初级绕组上的箝位电容取47pF。图中的T表示开关周期,D为占空比,tON=DT为DPA-Switch的导通时间。在tON时间段,高频变压器的正向磁通量增大,漏极电压达到最小值。在tRZ时间段高频变压器被复位,储存在高频变压器中的全部能量接近于零,漏极电压达到最大值。在tRN时间段,高频变压器的负向磁通量增大,此时复位电容和箝位电容向变压器电感放电。在tVO时间段内磁通量保持为负值,此时高频变压器初级绕组的电压为零,这是因为漏极电压与输入电压大小相等(都是72V)而极性相反,互相抵消了。在tVO时间段,负向磁感应电流通过次级绕组。
图三(b)给出了当直流输入电压为48V时的漏极电压波形。随着输入电压的降低,占空比开始增大。在tRZ及tRN时间段内的情况与输入电压为72V时的情况相同,但在tVO时间段高频变压器中的能量接近于零。
图三(c)给出了当输入电压为36V时占空比进一步增大的情况。由于漏极电乖?RZ阶段达到峰值,所以高频变压器的磁通量已复位到零。当DPA-Switch开启时它的漏极电压在负向磁通区域内。在正常工作情况下漏极电压的峰值应低于150V。这个漏极峰值电压是由漏感和电感复位时所提供的。
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