涨知识 | 正激电路的几种磁芯复位方法

单端变换器的磁复位技术

使用单端隔离变压器之后，变压器磁芯如何在每个脉动工作磁通之后都能恢复到磁通起始值，这是产生的新问题，称为去磁复位问题。因为线圈通过的是单向脉动激磁电流，如果没有每个周期都作用的去磁环节，剩磁通的累加可能导致出现饱和。这时开关导通时电流很大;断开时，过电压很高，导致开关器件的损坏。

剩余磁通实质是磁芯中仍残存有能量，如何使此能量转移到别处，就是磁芯复位的任务。具体的磁芯复位线路可以分成两种：

1）一种是把铁芯残存能量自然的转移，在为了复位所加的电子元件上消耗掉，或者把残存能量反馈到输入端或输出端；

2）另一种是通过外加能量的方法强迫铁芯的磁状态复位。具体使用那种方法，可视功率的大小、所使用的磁芯磁滞特性而定。

在磁场强度H为零时，磁感应强度的多少是由铁芯材料决定。图a的剩余磁感应强度Br比图b小，图a一般是铁氧体、铁粉磁芯和非晶合金磁芯，图b一般为无气隙的晶粒取向镍铁合金铁芯。

对于剩余磁感应强度Br较小的铁芯，一般使用转移损耗法。转移损耗法有线路简单、可靠性高的特点。对于剩余磁感应强度Br较高的铁芯，一般使用强迫复位法。强迫复位法线路较为复杂。

简单的损耗法磁芯复位电路是由一只稳压管和二极管组成，稳压管和二极管与变压器原边绕组或和变压器副边绕组并联，磁芯中残存能量由于稳压管反向击穿导通而损耗，它具有两种功能，既可以限制功率开关管过电压又可以消除磁芯残存能量。在实际应用中由于变压器从原边到副边的漏电感(寄生电感)存在，这个电感中也有存储的能量，因此一般把稳压管和二极管与变压器原边绕组并联连结。这种电路只适用于小功率变换器中。

几种磁复位方式

三绕组复位法、RCD复位、有源钳位、双管正激。

1.三绕组复位法

优点：

技术成熟可靠，磁化能量可无损地回馈到直流电网中去。

缺点：

附加的磁复位绕组使变压器的结构和设计复杂化。

开关管关断时，变压器漏感引起的关断电压尖峰需要RC缓冲电路来抑制，尤其是变压器满载时；

开关管承受的电压与输入直流电压成正比，当变压器工作在宽输入电压范围时，必须采用高压功率MOSFET,而高压功率MOSFET的导通电阻较大，从而导致导通损耗较大；

Uin=Uinmax时，占空比d=dmin很小，不易于大功率输出。

2.RCD复位

Cs：晶体管输出电容、钳位二极管结电容、折算到原边的整流二极管结电容和变压器绕组电容之和。

t=t0～t1期间，开关管导通变压器上的磁化电流增加；t=t1时VM 关断，随后以负载折算到原边的电流Io/n给Cs线性充电；

t=t2时开始磁复位，Cs与Lm谐振使得磁化电感能量有一部分转移到Cs 中去，剩余的磁化电感能量和变压器漏感能量消耗在钳位电阻R中；

t=t3时开始磁复位，Cs与Lm谐振使得磁化电感能量有一部分转移到Cs 中去，剩余的磁化电感能量和变压器漏感能量消耗在钳位电阻R中；

在t=t4～t5期间，Cs中储存的能量传递到磁化电感Lm中去。

可推导出钳位电压为：

① Uc与Uin无关；

②增大Lm可降低Uc；

③ 增加Cs，可降低Uc；这可通过在VM漏源两端外并电容来实现.但这却增加了功率开关的容性开通损耗；

④减小源副边总漏感L1k可降低Uc，这是降低钳位电压的关键因素。

优点：

磁复位电路简单；

功率开关电压较低；

占空比d可大于0.5,适用于宽输入电压场合。

缺点：

大部分磁化能量消耗在钳位电阻中。因此，它广泛应用于价廉、效率要求不太高的功率变换场合。

3.有源钳位

为了简化分析，假设输出滤波电感L和钳位电容Ccl足够大，因此可将它们分别作为电流源和电压源处理。变压器用磁化电感Lm 、原副边总漏感L1k和变比为n：1的理想变压器表示。每个开关周期分为七个区间，原理波形如下图所示。

t=t0时，功率开关VM开通。VDC与VD2截止，VD1开通；

t=t1时，功率开关VM关断，以Io/n对电容Cs充电，使得UDs增大；

t=t2时，UDs=Uin ，VD1关断，VD2开通，磁化电流对C2 充电.即 Lm与Cs 谐振，部分磁化能量转移到Cs中去；

t=t3时，UDs=Uin +Uc1，VDC开通.i m以-Uc1/Lm 斜率下降，一直到t4 时刻为零，钳位开关VMC 应在t3～t4 期间加上开通信号；

t=t4时，im开始变负，VMc 实现了零电压开通，i m仍以一Ucl/L m斜率下降，铁心工作在第三象限；

t=t5时，VMc关断，Lm与Cs开始谐振，C s以负的磁化电流放电，能量回馈到电网及转移到磁化电感中去；

t=t6时，UDS下降到Uin，VD1开通，为i m在副边续流提供了通路；

t=t7 时，VM再次开通，开始了另一周期。由此可见，钳位开关VM 实现了零电压开关(ZVS)，功率开关VM 实现了零电压关断，但非零电压开通。

优点：

变压器磁化能量和漏惑能量可重复利用；

可利用低压功率MOSFET和二极管；

ZVT-PWM工作方式；

占空比d可大于0.5；

变压器铁心工作在一、三象限双向对称磁化，铁心利用率高，铜损小

缺点：

多用一个钳位开关，增加了驱动电路难度和变换器成本。

4.双管正激

优点：

加于每个MOSFFT的最大电压仅为VDD。

减少了干扰尖峰，有利于减小了应力和噪声

可以有效地避免误触发引起的短路故障。

缺点：

需要更多的开关器件，增加了成本。

电路中过多的器件可能降低效率，但可以通过使用低

额定电压的MOSFET降低电阻RDS(on)来提高效率。

占空比小于50%，受开关频率的限制。