為適應(yīng)現(xiàn)代電子產(chǎn)品的發(fā)展需要，開關(guān)電源的設(shè)計(jì)朝著低電壓和大電流的趨勢(shì)發(fā)展。目前,該類型的模塊電源市場(chǎng)需求量很大,研究其相關(guān)技術(shù)有著重要的實(shí)際意義，其中正激變換器是最受歡迎的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一[1]。但是傳統(tǒng)的正激變換器無法實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，漏感和寄生電感會(huì)造成很大的電壓或電流尖峰，導(dǎo)致開關(guān)電源效率低下；另外，正激變換器有一個(gè)固有缺點(diǎn)是需附加電路才能實(shí)現(xiàn)變壓器磁復(fù)位。
    針對(duì)正激變換器的缺點(diǎn)，很多人提出了有源鉗位技術(shù)，相關(guān)的論文和成果也比較多[2-4]。有源鉗位技術(shù)解決了正激電路的變壓器磁復(fù)位，占空比可大于0.5，開關(guān)管的電壓應(yīng)力低[5]，適合于輸入電壓范圍比較寬的應(yīng)用場(chǎng)合。但是有源鉗位電路也有缺點(diǎn)，如果想要實(shí)現(xiàn)主功率開關(guān)管的ZVS 開通，需要在鐵心加氣隙以降低Lm，增大磁化電流。這樣做雖然實(shí)現(xiàn)了開關(guān)管的軟開通，但是會(huì)增加變壓器的鐵損。
    參考文獻(xiàn)[6-8]對(duì)有源箝位正激變換器的工作過程作了較詳細(xì)的分析, 本文則進(jìn)一步深入分析了該變換器實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的條件，研究分析了一種能夠在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)有源鉗位正激變換軟開關(guān)的電路。該電路不僅實(shí)現(xiàn)了主功率管的軟開關(guān)，并且完全不依賴于正激變壓器的參數(shù)，是一種非常理想的有源箝位正激軟開關(guān)變換電路。
1 新型有源鉗位正激軟開關(guān)變換器
1.1 固定伏特秒值控制器工作原理
    固定伏特秒控制電路原理如圖1所示，其工作原理如下：PWM脈沖發(fā)生器由高性能固定頻率電流模式控制器UC3842及其外圍電路構(gòu)成。UC3842工作在開環(huán)狀態(tài)，輸出達(dá)到最大占空比0.96。U1為比較器，其正向輸入端接一固定的基準(zhǔn)電壓DC 2.5 V；其反向輸入端通過電阻R1接直流母線，給電容C2充電。

    在PWM脈沖發(fā)生器的輸出由高變低時(shí)，電容C2通過Q1放電；在PWM脈沖發(fā)生器的輸出高電平時(shí)，電容 C2通過R1充電。因此在電容C2上為一個(gè)固定周期的鋸齒波信號(hào)，當(dāng)鋸齒波信號(hào)的幅值超過比較器U1的同向輸入端電壓時(shí)，比較器輸出低電平，Q2導(dǎo)通，主開關(guān)管S1關(guān)斷。在電阻R1和電容C2固定不變的情況下，鋸齒波信號(hào)的上升斜率和直流母線電壓成正比，因此固定伏特秒電路輸出信號(hào)的占空比和直流母線電壓成正比。
1.2 磁放大穩(wěn)壓電路工作原理
    該有源鉗位變換器副邊采用磁放大電路，通過對(duì)變壓器次級(jí)線圈輸出脈沖的脈寬進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)精密穩(wěn)壓。如圖2所示，L1為一個(gè)飽和電感。磁放大器的核心是一個(gè)由軟磁合金制成的帶有矩形磁滯回線的環(huán)形磁芯，具有矩形磁滯回線及易飽和的特性。

    磁放大穩(wěn)壓原理如下：首先可以將磁放大器理解為一個(gè)PWM“磁開關(guān)”，在磁放大器飽和后，相當(dāng)于“磁開關(guān)”打開，變壓器次級(jí)端方波脈沖通過，方波脈沖輻值×占空比等于輸出電壓。若輸出電壓升高，控制電路使磁放大器復(fù)位，退出飽和區(qū)，此時(shí)磁放大器相當(dāng)于一個(gè)很大的電感，阻止變壓器次級(jí)端方波脈沖通過，即PWM“磁開關(guān)”關(guān)閉，這樣方波脈沖便會(huì)被“斬波”一部分，于是輸出電壓自然會(huì)下降，從而達(dá)到對(duì)輸出電壓穩(wěn)壓的目的。
1.3 有源鉗位正激變換器的工作原理
    該有源鉗位變換器的主電路如圖2所示。鉗位開關(guān)S2和主功率開關(guān)S1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)。圖2中鉗位電容C1上的電壓為：

    圖4為滿載條件下，主開關(guān)管S1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和漏源極電壓波形，其中波形1為S1的驅(qū)動(dòng)波形Vgs1，波形2為S1的漏源極電壓。

    圖5為滿載條件下，鉗位開關(guān)管S2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和漏源極電壓波形，其中波形1為S1的驅(qū)動(dòng)波形Vgs2，波形2為S2的漏源極電壓。

    通過圖4和圖5的波形可以看到，該新型有源鉗位電路完全解決了主開關(guān)管的零電壓開通，相對(duì)于傳統(tǒng)的有源鉗位電路具有很大的優(yōu)勢(shì)。
    本文針對(duì)模塊開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)以及有源鉗位電路的工作原理，研究了一種采用磁放大穩(wěn)壓技術(shù)的有源鉗位正激軟開關(guān)電路，并進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析。經(jīng)過樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該理論分析的正確性，完全實(shí)現(xiàn)了主開關(guān)管和鉗位開關(guān)管的軟開關(guān)變換，并且不依賴于變壓器的設(shè)計(jì)，滿載輸出的轉(zhuǎn)換效率在89%以上。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合，證明了本文研究的正確性。
參考文獻(xiàn)
[1] Chen Shinju，Chang Huangchang.Analysis and implementation of low-side active clamp forward converters with synchronous rectification[C].The 33rd Annual Conference of  the IEEE Industrial Electronics Society(IECON).2007.
[2] Yang Shijia，Qian Zhaoming，Ouyang Qian，et al.An improved  active-clamp ZVS forward converter circuit[C].Applied Power Elcetronics Conference and Exposition，2008.
[3] LIN B R，HUANG C E，WANG D.Analysis and implementation of a zero-voltage switching forward converter with a  synchronous rectifier[J].IEE Proc.-Electr.Power Appl.2005，152：1805-1092.
[4] 劉軍，詹曉東，嚴(yán)仰光.適合低壓大電流應(yīng)用的DC/DC變換器的研究[J].電力電子技術(shù)，2002，36(3)：53-56.
[5] 劉勇剛，蔡麗娟，胡德成.基于單周期控制的有源箝位ZVS 正激變換器[J].電力電子技術(shù)，2006，40(5)：10-12.
[6] LEE S S，CHOI S W，MOON G W.High efficiency active clamp forward converter with synchronous switch controlled  ZVS operation[J].Journal of Power Electronics，2006，6(2)：131-138.
[7] 陳道煉，胡育文，嚴(yán)仰光.有源箝位正激變換器穩(wěn)態(tài)分析與小信號(hào)特性[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2000，15(4)：40-46.
[8] 彭國平，楊旭，魚振民.有源鉗位正激變換器的分析和設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù)，2003(10)：29-33.