以前，由于有源箝位专用IC较少，实现起来比较困难，限制了有源箝位的广泛应用。近年有源箝位与同步整流的结合，更是大大促进了有源箝位在低电压输出场合的应用。随着国际上相关专利的到期以及专用IC的发展，有源箝位的技术必将得到越来越广泛的应用。本文在此基础上，利用NS最新推出的有源箝位专用芯片LM5025研制了一台单相220V输入，输出为24V/120A的大功率逆变电源。
2 有源箝位正激变换器工作原理
为了方便分析，做如下假设：Lf足够大，对负载可认为是恒流源；所有的半导体器件都是理想器件；变压器是变比为n的理想变压器；主开关管S1只有漏源极间的电容C1,其他寄生参数不考虑；箝位开关管仅有反并二极管，其他寄生参数不考虑；箝位电容CC足够大箝位电压基本不变，原理图如图1所示。下面分为10个工作区间分别论述，各区间工作波形如图2所示。
t0-t1:t0时刻，S1导通，它是硬开通，此时D3和D4同时导通，ip快速上升。
t1-t2:t1时刻，D4关断，ip以一个缓坡上上升。此时箝位管漏源极间电压U-S2为箝位电压Uin+Ucc。
t2-t3:t2时刻，S1关断，由于有C1的存在，主开关管S1漏源极间电压U-S1缓缓上升，可以减轻S1关断时的电压应力；同时U-S2就在缓缓下降，由于变压器原边电压还处在正向状态，故ip仍在缓缓上升。
t3-t4:t3时刻，U-S1升至Uin，变压器开始承受反向电压，副边D3和D4同时导通，ip开始快速下降，U-S1继续上升。
t4-t5:t4时刻，U-S1升至箝位电压Uin+Ucc，二极管D2开始导通给箝位电容Cc充电，此时箝位开关管S2漏源极间电压为零。
t5-t6:t5时刻，S2零电压开通，但是由于此时电流方向仍是给Cc充电，故S2中没有电流流过。
t6-t7:t6时刻，副边反向电压致使D3完全关断，副边电流依靠D4续流；原边电流ip以更加缓慢的速度减小。
t7-t8:t7时刻，原边电流降为零，由于箝位电压高于Uin电流开始反向缓缓增加；这些电流全部来自箝位电容，由于Cc足够大，可以认为箝位电压基本不变。
t8-t9:t8时刻，S2关断，icc变为零，原边电流通过抽取C1维持，由于有缓冲电容C1的存在且此时电流很小，故箝位开关管S2是零电压关断。
t9-t10:t9时刻，主开关管S1漏源极间电压降为Uin,变压器开始承受零电压，D3和D4同时导通；如果谐振参数调整合适也可以让S1实现零电压开通，从t10时刻S1导通开始进入下一个循环。
3 主电路参数设计
3.1 最大占空比的确定
由变压器的伏秒积平衡原理可知
为使箝位电压不是太高，令
,则最大占空比DMAx=0.6
3.2 功率变压器设计
由于有源箝位变压器的激磁电压是双向矩形脉冲，且其工作于B-H曲线的一三象限，磁感应变化量△B=2Bm,所以其铁心的利用率高【2】。下面基于AP法来设计有源箝位逆变电源的变压器，选用2KB系列EE型铁氧体磁芯，其饱和磁通密度Bs=510mT,剩余磁通密度Br约为110mT。实际工作磁感应强度Bm＝1/3Bs＝170mT，导线电流密度J取300A/cm2,窗口使用系数Ko取0.4，波形系数Kf取4（按照方波取）,频率fs=25KHz, 输入电压为300±40V,最大占空比为0.6，变压器变比为5，实际变压器
取0.8，把这些参数带入公式（1）、（2）计算后与我们实际得视在功率
然后查表选择EE110磁芯，其
完全满足要求。下面来计算初级线圈匝数N1:
4 控制电路设计
本次设计采用了NS公司最新推出的电压模式的有源箝位专用芯片LM5025,其输入工作电压从13V到100V，由内部偏压调整器取代了外部偏压调整器，用户可编程振荡器频率可达1MHz,独特的栅极驱动技术使得驱动电流可达3A,可以直接驱动大功率的MOSFET。LM5025还带有可调滞后的用户编程的欠压锁定电路和双模式过流保护电路，同时还有变压器最大伏秒积限制和振荡器同步性能【3】。
LM5025的频率设定是依靠外部电阻Rt，
，F就是我们要设定的频率，单位是KHz,Rt的单位是
；LM5025还有信号同步功能，外部时钟信号最低可以比内部振荡器低20％，最高没有限制；如果将Rt接至REF脚，则内部振荡器完全不起作用，同步时钟信号没有限制，输出完全由外部时钟控制；若不需外部同步的话要将SYNC接地，防止外部干扰信号。
LM5025既可以用于N沟道有源箝位也可以用于P沟道有源箝位，当用于P沟道时是要进行重迭时间设定，此时Rset要接
当用于N沟道时是要进行死区时间设定，此时Rset要接REF，
其中的Rset单位都是
。
LM5025还有欠压锁定功能，把Uin经分压以后接至UVLO脚，保证在输入电压允许范围内UVLO脚的电压都大于2.5V，一旦此脚电压低于2.5V，LM5025锁定，处于待命状态，因而也可以通过UVLO脚实现对变换器的远程关断/开通控制。
LM5025继承了UCC3580等有源箝位控制芯片的变压器最大伏秒积限制功能。也可以用来限制最大占空比，当Uin通过Rff给Cff充电达到内部参考电压2.5V时，将会关断主开关管，Cff内的电荷在Ton结束时或其达到2.5V时被内部的FET放掉，哪一个事件先发生就以哪一个为准。其中关系为
在确定了Tonmax和Uin以后，选定一个Cff，就可以求出Rff，Cff的取值范围一般在100pF到1000pF之间。
LM5025具有两种电流保护模式CS1和CS2，一旦通过电流传感器反馈在CS1脚电压超过0.25V，控制器将会停止当前的驱动信号（也就是逐周期电流保护模式）；若是反馈到CS2脚的电压超过0.25V，控制器也会停止当前的驱动信号，并且给软启动电容Css放电至零，之后限制充电电流为1uA，在Css充电到大约1V时开始输出第一个触发脉冲，再然后充电电流恢复到20uA（正常充电电流），这也就是所谓的打嗝模式，一般在变换器严重过流时使用[4]。
本文关键字：逆变电源 稳压-电源电路，单元电路 - 稳压-电源电路
