0、有源钳位正激变换器复位原理
正激变换器RCD复位电路中，开关管关断后，变压器初级励磁电感Lm在激磁过程中存储的能量全部转移到并联复位电容Cr，在每个开关周期，Cr从Lm获得的能量通过与Cr并联的复位电阻Rr将这些能量消耗掉。如果将复位二极管D3换成复位功率MOSFET管S2，去掉Rr，变压器初级励磁电感的电流iLm过0后，钳位管S2仍然保持开通状态，Cr与Lm反向谐振，Lm反向激磁，将Cr在每个开关周期增加能量全部反向存储在Lm，开关管S1开通后，反向存储在Lm的能量就可以返回到输入电源。
(a) 二极管换为开关管，去掉Rr
(b) Lm反向激磁
图1 从RCD复位到有源钳位
在复位过程中，Lm与Cr的谐振包括正谐振周期，还有负谐振周期。复位过程中，能量转移的路径为：Lm-->Cr-->Lm(反向)-->Vin。
上管有源钳位使用N沟道功率MOSFET管，如果把钳位电容放到下面，这时使用P沟道功率MOSFET管，放到下端，构成下管有源钳位，两者工作原理相同。高压应用通常采用上管有源钳位，N沟道功率MOSFET管的源极电压在高压与地之间高频切换变化，上管的栅极需要自举浮驱。因为高压P沟道功率MOSFET管导通电阻大、成本高，型号少，高压应用很少使用下管有源钳位电路。中低压应用，如48V输入，通常采用下管有源钳位，P沟道功率MOSFET管源极电压为地，可以直接驱动，系统电路结构简单，成本低。
图2 N沟道上管有源钳位
图3 P沟道下管有源钳位
1、有源钳位正激变换器工作过程
有源钳位（复位）正激变换器工作过程有8个工作状态，分别介绍如下。
（1）状态式1：t0-t1阶段
(a) 励磁电感为负电流
(b) 励磁电感变为正电流
图4 有源钳位工作状态1
在t=t0时刻，开关周期开始，开关管S1导通，输出整流管D1导通，输出续流管D2关断，变压器初级电压为Vin，Lm正向激磁，励磁电感电流iLm从初始负电流开始，随时间绝对值降低，从第1象限向第3象限过渡。
其中，ILm(0)为iLm的初始值。在t0-t1中间某时刻，iLm绝对值降低到0，iLm从负电流变为正电流。
输出电感两端为正电压，输出电感正向激磁，电感电流iLo随时间线性增加。
其中，ILo(min)为iLo的初始值。
在t=t1时刻开关管关断。
（2）状态式2：t1-t2阶段
图5 有源钳位工作状态2
开关管关断后，Lm与开关节点的寄生电容Coss谐振，开关节点电压VDS随着时间谐振上升，iLm继续谐振增加。初级电流等于变压器初级励磁电感的最大激磁电流ILm(max)与输出负载反射电流之和，此电流非常大，因此，这个阶段时间非常短，谐振过程可以等效为初级总电流对复位电容充电，VDS随着时间线性上升，iLm随着时间线性上升到最大值ILm(max)。
开关节点的寄生电容为开关管S1输出寄生电容Coss1、钳位开关管S2输出寄生电容Coss2、变压器初级寄生电容之和，Coss1、Coss2远大于变压器初级寄生电容，因此，开关节点的寄生电容Coss近似等于Coss1+Coss2。
电容Coss1充电，Coss2放电，可以得到：
在t=t2时刻，VDS增加到Vin，VN1=0V，D1关断，D2导通续流，iLm达到最大值ILm(max)。
（3）状态3：t2-t3阶段
图6 有源钳位工作状态3
VDS增加到Vin，D1关断后，输出负载电流不再反射到变压器的初级，Lm与Coss继续谐振，Lm两端变为负压，VDS随着时间继续谐振上升，iLm谐振下降。
谐振过程中：
因此：
其中：
D2导通续流，输出电压Vo反向加在输出电感的两端，输出电感去磁，iLo随着时间线性下降。后面阶段，输出回路都维持输出电感去磁的过程，一直持续到下一个开关周期开始。
在t3时刻，VDS增加到等于Vin+VCr，钳位开关管S2的体寄生二极管导通。
（4）状态4：t3-t4阶段
(a) 钳位开关管体二极管导通
(b) 钳位开关管S2导通
图7 有源钳位工作状态4
VDS增加到Vin+VCr，钳位开关管S2的体寄生二极管导通，Lm与Cr+Coss1谐振。工程计算时，可以忽略VCr电压纹波，VCr相当于电压源，反向加在Lm两端，其方向与iLm电流方向相反，Lm在VCr作用下去磁，iLm随着时间线性降低，进行磁通复位过程。
得到：
S2的体寄生二极管导通，将其两端电压钳位在0，此后，开通S2，S2就是0电压开通ZVS。S2导通后，复位电流从S2沟道流过。
在t4时刻，iLm随着时间线性降低到0。Lm在激磁过程中存储能量全部转移到电容Cr，完成磁通复位。
（5）状态5：t4-t5阶段
图8 有源钳位工作状态5
iLm降低到0，S1仍然维持导通，Lm在VCr作用下反向激磁，iLm随着时间线性反向线性增加，变压器磁芯进入第3象限工作。
Lm反向激磁过程中：
得到：
在t5时刻，S2关断。
（6）状态6：t5-t6阶段
图9 有源钳位工作状态6
钳位管S2关断后，Lm与Coss谐振，VDS随着时间谐振降低，VDS初始电压为：Vin+VCr。变压器初级电压VN1为负值，iLm随着时间继续缓慢反向增加。
谐振过程与状态3类似，Coss1放电，Coss2充电：
在t6时刻，VDS谐振降低到Vin时，iLm反向增加到最大值-ILm(min)。同时，D1导通，D2关断。
（7）状态7：t6-t7阶段
(a) D1和D2同时导通
(b) D1导通，D2关断
图10 有源钳位工作状态7
VDS降低到Vin后，Lm与Coss继续谐振，变压器初级电压VN1为正，D1导通，初级电流非常小，不足以提供输出负载电流，D2继续保持导通，此时，D1、D2同时导通，将变压器初级、次级绕组电压钳位在0。
变压器初级电压VN1为正，Lm正向激磁，励磁电感电流iLm从负电流最大值-ILm(min)开始，随时间绝对值缓慢降低。
另外，输入电源通过变压器初级绕组快速向输出传输功率，当其提供的电流满足输出负载电流，D2关断，D1继续保持导通，初级绕组电流等于（相当于）次级电流反射到初级的电流值，这样，次级反射电流与励磁电感电流iLm一起对Coss1放电，Coss2充电。
在t7时刻，VDS谐振降低到0，S1的体寄生二极管导通续流，将S1两端的电压钳位在0。
（8）状态8：t7-t8阶段
(a) S1的体寄生二极管导通续流
(b) S1在0电压开通ZVS
图11 有源钳位工作状态8
开关管S1的体寄生二极管导通续流，将S1两端的电压钳位在0，变压器初级电压VN1为Vin，Lm正向激磁，励磁电感电流iLm随时间绝对值进一步降低。
在t8时刻，开通S1，由于S1的体寄生二极管导通续流，将S1两端的电压钳位在0，S1就是0电压开通ZVS。S1导通，开始下一个开关周期。如果S1在t7时刻之前开通S1，由于VDS不为0，S1就是硬开通。
有源钳位正激变换器的工作波形，如图12所示。
图12 有源钳位工作波形
待续：有源钳位正激变换器相关参数计算
