此时间段内,二极管D仍然导通,Lmr两端电压被箝位在
V1=Vin-V2=Vin+Vo(10)
Lmr上电流线性上升。而S2的漏源电压被箝位在最大电压
Vds2max=+Vo(11)
7)阶段7〔t6~t7〕 t6时刻,S1的门极变为高电平,S1零电压开通。流过寄生二极管的电流流经S1。由于Lmr两端承受的电压V1此时较大,iLmr快速上升,到t7时刻,iLmr=iLm,主变压器耦合到副边的电流为零,二极管D自然关断。此时间段
= (12)
由于Lmr<<Lm,式(12)可近似为
=(13)
接着Lmr与Lm串联承受输入电压,开始下一个周期。可以看到,在这种方案下,两个开关S1和S2零电压开通,二极管D零电流关断。
2 软开关的参数设计
假定电路工作在CCM状态。由于S2的软开关实现是iLmrmax对Cr1及Cr2充放电,而S1的软开关实现是iLmrmin对Cr1及Cr2充放电,在电路满载情况下,|iLmrmax|>>|iLmrmin|,而且S2的充电电压要大于放电电压(见图2波形vds2),因此,S1的软开关实现要比S2难得多。在参数设计中,关键是要考虑S1的软开关条件。
2.1 主变压器激磁电感Lm的设定
由于Lmr的存在,变换器的有效占空比Deff(根据激磁电感Lm的充放电时间定义,见图2)要小于S1的占空比D,但是,由于t4~t7时间内iLmr的上升速度非常快,所以,可近似认为Deff=D。这样,根据Flyback电路工作在CCM的条件
Lm>=(14)
式中:η为变换器效率;
fs为开关频率;
为变换器输出功率。
在实际设计中,为了保证电路在轻载时也能工作在电流连续模式,取定
Lm=(15)
2.2 主副变压器原副边匝数比设定
根据Lmr<<Lm,及变换器输入输出关系有
(16)
而根据式(8),为了使输出滤波前电流io在t3~t4时间段下降不要太快,最好有N3≤N2。
另外,为了保证t1时刻S1关断时流过副边二极管D的电流iD>0,根据式(7)有
(17)
2.3 辅助变压器激磁电感Lmr设定
为了实现S1的ZVS软开关,在(1-D)T时间内,激磁电感Lmr上电流必须反向,即
(1-D)>iLmrmax(18)
iLmrmax=iLmmax≈(19)
将式(19)代入式(18)得
Lmr<(20)
另外,根据Lmr与S1及S2的输出结电容谐振条件
>=(21)
得
Lmr>=(22)
Cr=Cr1+Cr2(23)
而
iLmrmin=(1-D)T-iLmrmax(24)
将式(24)代入式(22)解得
Lmr<=(25)
比较式(20)和式(25),Lmr应该根据式(25)来设定。
另外,由式(24)可以发现,输入、输出电压一定时,随着负载的增加,iLmrmax增大〔见式(19)〕,iLmrmin减小,软开关就越不容易实现。所以,Lmr要根据满载时软开关的实现条件来设定。而当输入电压为宽范围时,随着输入电压的减小,iLmrmax增加〔由于电路工作在CCM,满载时式(19)第二项可以忽略〕,iLmrmin表达式第一项减小,iLmrmin减小,软开关就越不容易实现。所以,对于输出负载、输入电压变化的情况,Lmr要根据输出满载、输入电压最小时的软开关实现条件来设定。
同时需要指出,在能实现软开关的前提下,Lmr不宜太小,以免造成开关管上过大的电流应力及导通损耗。
2.4 死区时间的确定
为了实现S1的软开关,必须保证在t5~t6时间内,S1开始导通。否则,Lmr上电流反向,重新对Cr1充电,这样,S1的ZVS软开关条件就会丢失。因此,S2关断后、S1开通前的死区时间设定对开关管S1的软开关实现至关重要。合适的死区时间为电感Lmr与S1及S2的输出结电容谐振周期的1/4,即
tdead1=(26)