双管正激电路脱胎于单管正激电路。单管正激电路的MOS管一般使用LCD复位或变压器绕组复位,因为在关机时可以承受高反压,需要额外的磁复位电路。
使用得较多的是采用绕组复位的方式,如图1所示。
图1 单端正激变换器
磁化电流在导通结束时达到最大,当 MOS 管关断时,次级感应电势反向,二极管 D2 截至,次级电流为零,导通期间存储在磁场中的能量应当有通路释放,辅助绕组 N3 和二极管 D1 就是为了解决磁芯复位问题。
可见变压器复位时间与开关管的电压应力为两个矛盾的要求,当复位绕组匝数N3>N1 时,可获得较小的开关管电压应力,但变压器磁复位时间增长,导致开关管的占空比较小,进而会导致开关管的峰值电流较大,当复位绕组匝数 N3<N1 时,变压器磁复位时间减小,占空比增大,能获得较小的原边峰值电流,但开关管的电压应力会增高,为了方便生产实际中变压器的绕制,同时获得一个折中的最大占空比和开关管电压应力,我们通常取 N3=N1,即等匝数复位绕组。当采取等匝数复位绕组时,则开关管最大占空比 D=0.5,此时开关管电压应力为 2 倍的输入电压即 2Vin。
图2双管正激变换器
双管正激电路继承了正激电路的优点,电路图如图 2所示。在增加一个 MOS管和一个二极管的条件下,省去了复位绕组,同时将开关管的电压应力减小为输入电压 Vin。
由原理图可知,变压器原边主绕组充当着去磁绕组的角色,即相当于前述的去磁绕组匝数与主绕组匝数相等的情况,因此,双管正激变换器的最大占空比也为0.5。当开关管关断时,二极管 D1、D2 导通,将变压器磁芯磁化能量回馈到输入端,同时将 MOS 管的电压应力钳位在输入电压的水平。这也是双管正激电路最显著的特色。
其驱动波形与相应的 Vds 波形如图3所示。
图3双管正激变换器的驱动和 Vds 波形
双管正激电路的这个特点在实际应用中具有重要意义。设想在交流电网电压为220V 的地区,经全波整流后,直流电压值约 310V,理想情况下 MOS 管的电压应力就已经达到了 620V,实际电路中由于变压器不可避免的存在漏感,导致开关管在关断时两端电压会形成一个尖峰电压(一般称作为漏感尖峰,这个尖峰电压值的大小和漏感值与原边电感值的比例有关,比值越大,尖峰电压越高),再加上输入线电压的扰动,往往导致 MOS 管的电压应力过高导致选型困难,成本上升。
而双管正激变换器则很好的解决了这个问题。二极管钳位电路能有效将 MOS关断电压钳位在输入电压的水平,这也使得该电路能应用在输入电压范围较宽的场合。实际情况是,在电网电压为 110V 的场合,为了减小初级电流的幅值,通常在输入端采用倍压整流的方式,提升输入电压,达到改善电源的 EMI。
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