1  引言

开关电源是应用现代电力电子技巧，控制开关晶体管开通和关断的时光比率，保持稳定输出电压的一种电源。大年夜上世纪90年代以来开关电源接踵进入各类电子、电器设备范畴，计算机、程控交换机、通信、电子检摆设备电源、控制设备电源等都已广泛地应用了开关电源。跟着电源技巧的成长，低电压，大年夜电流的开关电源因其技巧含量高，应用广，越来越受到人们看重。在开关电源中，正激和反激式有着电路拓扑简单，输入输出电气隔离等长处，广泛应用于中小功率电源变换场合。跟反激式比拟，正激式变换器变压器铜损较低，同时，正激式电路副边纹波电压电流衰减比反激式明显，是以，一般认为正激式变换器实用在低压，大年夜电流，功率较大年夜的场合。

2  根本技巧

2．1  有源钳位技巧

正激DC／DC变换器其固出缺点是功率晶体管截止时代高频变压器必须磁复位。以防变压器铁心饱和，是以必须采取专门的磁复位电路。平日采取的复位方法有三种，即传统的附加绕组法、RCD钳位法、有源钳位法。三种办法各有优缺点：磁复位绕组法正激变换器的长处是技巧成熟靠得住，磁化能量可无损地回馈到直流电路中去，可是附加的磁复位绕组使变压器构造复杂化,变压器漏感引起的关断电压尖峰须要RC缓冲电路来克制，占空比D<0.5，功率开关管遭受的电压应力与输入电源电压成正比。RCD钳位正激变换器的长处是磁复位电路简单，占空比D可以大年夜于0.5，功率开关管遭受电压应力较低,但大年夜部分磁化能量消费在钳位电阻中，是以它一氨善于变换效力不高且价廉的电源变换场合。有源钳位技巧是三种技巧中效力最高的技巧，它的电路图如图1所示，工作道理如图2所示。在 DT时段之前，开关管S1导通，激磁电流iM为负，即大年夜Cr经由过程S1流向Tr，在DT阶段，开关管S的驱动脉冲ugs使其导通，同时ugs1=0，使S1 关断，在Vin的感化下，激磁电流由负蹦┞俘，原边功率经由过程变压器传到副边，给输出端电感L充电；在（1－D）T时段，ugs=0，S关断，ugs1到来使 S1导通，iM经由过程S1的反并二极管向Cr充电，在Cr和Tr漏感构成的谐振电路的感化下，iM由正变负，变压器反向激磁。大年夜以上分析中可以看出：有源钳位正激变换器变压器铁心工作在双向对称磁化状况，进步了铁心应用率，钳位电容的稳态电压随开关占空比而主动调节，因而占空比可大年夜于50％；Vo一准时，主开关、帮助开关应力随Vin的变更不大年夜；所以，在占空比和开关应力许可典范围内，可以或许适应较大年夜输入电压变更范围的情况。不足之处是增长了一个管子，使得电路变得复杂。

图1  有源钳位同步整流正激式电路图

图2  有源钳位电路工作道理图

2．2  同步整流技巧

在低电压大年夜电流功率变换器中，若采取传统的通俗二极管或肖特基二极管整流因为颇┞俘领导通压降大年夜（低压硅二极管正向压降袈浼0.7V，肖持基二极管正向压降袈浼 0.45V，新型低电压肖特基二极管可达0.32V)，整流损耗成为变换器的重要损耗，无法知足低电压大年夜电流开关电源高效力,小体积的须要。

3  电路的设计

所设计的电源参数如下：输入电压为50(1±10％)V,输出电压为3.3V,电流为20A,工作频率为100kHz。

MOSFET导通时的伏安特点为一线性电阻，称为通态电阻RDS，低压MOSFET新器件的通态电阻很小，如：IRL3102(20V，61A)、 IRL2203S(30V,116A)、IRL3803S(30V,100A)通态电阻分别为0.013Ω、0.007Ω和0.006Ω，它们在经由过程 20A电流时，通态压降不到0.3V。别的，功率MOSFET开关时光短,输入阻抗高，这些特点使得MOSFET成为低电压大年夜电流功率变换器首选的┞符流器件。功率MOSFET是一种电压型控制器件，它作为整流元件时，请求控制电压与待整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称为同步整流电路。图1为典范的降压型“同步”开关变换器电路(当电路中无SR时，为“通俗”的降压型开关变换器电路)。

采取的主电路拓扑如图1所示。因为有源钳位采取的是FLYBACK型钳位电路，它的钳位电容电压为：

Vc=Vin

所选用的┞菲握IC芯片为UC3844，它的最大年夜占空比为50％，所以电容上的电压最大年夜为Vin，电容耐压为60V以上，只要拔取足够大年夜即可包管电路能正常工作，本电路所拔取的钳位电容为47μF/100V。

有源钳位管S1的驱动必须跟变压器原边的地隔分开，并且S1的驱动旌旗灯号必须跟开关管S驱动旌旗灯号反相，应用UCC3580可以实现两个管子的驱动，可是这个芯片并不常见，因而这里选用UC3844跟IR2110组合。UC3844出来的┞菲握旌旗灯号用来作为IR2110的低端输入，其反信赖号作为IR2110的高端输入，IR2110的高端驱动经由过程内部自举电路来实现隔离。如许，我们就达到了驱动两个开关管的目标。

在输出整流电路中，当续流二极管（即SR的反并二极管）受正向电压导通时，应及时驱动SR导通，以减小压降和损耗。但为了避免SR与SR1同时导通，造成短路变乱，必须有“逝世区”时光，这时仍靠二极管D导通。SR的开关瞬时要与续流二极管的通断瞬时密切合营，是以对开关速度请求很高。别的，大年夜成本综合推敲，选用IRL3102。

变压器的设计跟一般正激式变换器变压器设计差不多，只是要推敲同步整流管的驱动。所选用的同步整流管的驱动开通电压为4V阁下，电路输出电压为3.3V，输出端相当于一个降压型电路，占空比最大年夜为0.5，所以变压器副边电压至少为6.6V。因为MOSFET的┞筏－源间的硅氧化层耐压有限，一旦被击穿则永远破坏，所以实际上栅－源电压最大年夜值袈溱20～30V之间，如电压跨越20V，应当在栅极上接稳压管。

4  实验结不雅和波形分析

开关管S1和S的Uds波形如图3所示，RefA为S管压降波形，50V/div，RefB为S1管压降波形，50V/div。电路此时工作在Vin= 60V阁下，S1和S的开关应力大年夜概为120V，D=0.5阁下。图4为变压器输出电压，也就是同步整流管SR1和SR的驱动旌旗灯号，正的部分为SR的驱动旌旗灯号，负的部分为SR1的驱动旌旗灯号。实验所得波形和分析的波形根本吻合，只是在开关转换刹时，电压有小尖峰，这是由电路的杂散参数引起的。该电路的工作效力经由测量大年夜约在90％阁下，根本达到设计的请求。

图3  开关管S和S1的uds波形

图4  同步整流管的驱动波形

5  结语

3.3V/20A的开关电源的设计注解，有源逆变加同步整流电路用在低压大年夜电流的┞俘激式电路设计中，不加PFC电路时，可以或许取得很高的效力。