正激变换器ZCD复位工作原理及特点

原创 松哥电源 2025-01-01 13:45

1、ZCD复位基本原理

正激变换器ZCD复位电路基本工作原理是:开关管S关断后,变压器的励磁电感Lm与开关节点的寄生电容谐振,VDS上升到Vin后,变压器初级、次级绕组的电压极性反向,D1关断,D2导通。次级绕组电压下正上负,通过D2反向加在D1两端,变压器无法以反激的方式工作。如果在D1两端并联一个电容Cr,VDS上升到Vin后, 变压器就能够以反激的方式工作,Lm激磁存储能量,通过初级绕组、次级绕组与D1Cr充电,形成去磁回路,进行磁通复位。

图1 ZCD复位电路

ZCD复位电路实际上就是将自谐振复位的电容从变压器的初级移动到次级,形成反激的非连续工作模式,完成磁通复位。在磁通复位过程中,励磁电感的电流iLm不断降低,iLm过0后,励磁电感存储能量全部转移到电容Cr,完成变压器的磁通复位。

图2 开关管关断,Cr充电

2、稳压管对VDS电压钳位

变压器初级存在一定漏感,导致VDS形成过高的电压尖峰,因此,初级侧需要增加VDS电压钳位电路,使用稳压管电压钳位电路,如图1所示。开关管关断后,初级漏感形成的VDS电压尖峰上升到Vin+VCsn时,D3导通,然后,VCsn电压继续上升,VDS也随之升高。

当VDS上升到等于稳压管的稳压值VZ时,稳压管提供能量泄放回路,同时,对VDS电压尖峰进行钳位,抑制VDS电压尖峰过高,以免对开关管产生危险。初级漏感在VCsn反向电压作用下去磁,漏感电流快速下降到0,D3自然关断,初级漏感存储的能量通过稳压管消耗掉。

3、开关管导通电路工作过程

下一个周期开始开关管S导通,次级绕组电压反向,电压极性变为上正下负,次级绕组电压VN2逐渐升高,Cr和输出电感L谐振,Cr放电。输出电感电流足够大,相当于恒流源Io,Io抽取电容Cr存储能量,转移到输出端负载;因此,VCr不断降低,VN2不断升高,电容Cr不断释放存储能量。

图3 开关管关断,Cr放电

当VCr降低到0时,电容Cr存储能量全部转移到输出端负载,VN2升高为Vin/n,D1导通,系统进入正常工作。其中,n为变压器匝比,n=N1/N2

图4 开关管关断,D1导通

复位过程中,能量转移的路径为:Lm-->N1-->N2-->Cr-->Vo。特别注意的是,电容Csn并不吸收励磁电感存储的能量,电容Csn和稳压管Z共同作用吸收变压器初级漏感的能量,实现对VDS电压尖峰进行钳位,减小开关管的电压应力。吸收励磁电感存储的能量、进行磁通复位的主要元件是电容Cr,然后,Cr存储能量会无损耗的转移到输出负载。

ZCD复位电路工作波形如图5所示。

图5 工作波形

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