基于LM5025的大功率有源箝位逆变电源
来源： 作者： 发布时间：2015-04-30 19:17:05 浏览量：1 引 言
正激变换器由于拓扑的简单性，被广泛的应用在电源行业，但是变压器开关关断时需要磁复位【1】。一般都是用第三复位绕组、RCD箝位电路以及LCD缓冲器等，但是由于这几种复位方式都有其自身的缺点导致正激变换器不适用于大功率和高频场合。
和这些传统的复位方式相比，有源箝位有许多优点：①变压器对称双向磁化，工作在B-H曲线的第一和第三象限，变压器得到充分利用；②箝位开关管是零电压开关，主开关管虽然不容易实现零电压开关，但是由于有箝位装置和缓冲电容使得其开通与关断时的电压应力大大减小；③励磁能量和漏感能量全部回馈电网，占空比可以大于0.5。
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时刻大功率电感贴片电感器，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电感厂家-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，D深圳电感厂3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电感厂家取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
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