一款有源钳位反激AC-DC变换器控制芯片设计
一款有源钳位反激AC-DC变换器控制芯片设计
概述
由于环境保护意识的增强以及能源危机的日益严重，研究高效率的电源变换器已成为电子工程技术领域的重要任务。其中，AC-DC变换器在电力供应领域有着广泛的应用。本文介绍了一款基于有源钳位反激的AC-DC变换器控制芯片的设计方法。
引言
AC-DC变换器用于将交流电压转换为直流电压，以满足各种电子设备的电力需求。由于交流电源的波形为正弦波，所以需要通过整流和滤波等过程来得到稳定的直流电压。目前，常用的控制技术主要有传统的电压模式控制和电流模式控制。
电压模式控制是一种通过调整开关管的占空比来控制输出电压的控制方法，由于其实现简单而受到广泛应用。然而，电压模式控制在输入电压波动较大时，输出电压容易受到扰动。为了解决这个问题，电流模式控制被提出。电流模式控制通过控制开关管引入的电流来实现对输出电流的控制，从而实现对输出电压的稳定控制。
设计思路
为了实现高效率和稳定的电源变换器，本文采用有源钳位反激的控制方法。有源钳位反激是一种基于电流模式控制的高效率AC-DC变换器控制技术，通过有源钳位的方式将能量储存和释放，从而实现对输入电压波动的补偿和输出电压的稳定控制。
设计流程
1. 确定输入电压和输出电压的需求，例如输入电压范围为100V-240V，输出电压为12V。 2. 选择适当的元器件，例如功率开关管、电流传感器、滤波电感和电容等。
3. 设计反激电感，确定电感的参数，如电感值和电感电流等。
4. 设计有源钳位电路，包括有源钳位开关管和有源钳位电容等。
5. 进行电路仿真，通过电路仿真软件验证设计的正确性和稳定性。
6. 制作实际电路板并进行实验验证，通过实验测试电路的性能和稳定性。
7. 根据测试结果对电路进行调整和优化，并进行再次实验验证。
8. 编写控制程序，实现对有源钳位反激AC-DC变换器的控制。
ACF反激电路⼯作原理
有源钳位反激电路⼯作原理1、前⾔
传统的硬开关反激变换器功率开关管电压、电流应⼒⼤，变压器的漏感引起电压尖峰，必须采⽤⽆源RCD吸收电路进⾏箝位限制，RCD吸收电路的电阻R产⽣额外的功率损耗，降低系统效率，如图1所⽰。如果将RCD吸收电路的电阻R去掉，同时将⼆极管换成功率MOSFET，这样就变成了有源箝位反激变换器，通过磁化曲线在第⼀、第三象限交替⼯作，将吸收电路的电容Cc吸收的电压尖峰能量，
回馈到输⼊电压，从⽽实现系统的正常⼯作。2、有源箝位反激变换器⼯作原理
⾮连续模式DCM有源箝位反激变换器电路结构及相关波形如上所⽰，图中的各个元件定义如下：Lm：变压器初级激磁电感Lr：变压器初级漏感
Lp：变压器初级总电感，
Lp=Lm+Lr
n：变压器初级和次级的匝⽐，n=Np/Ns
Q1：主功率开关管，DQ1、CQ1为Q1寄⽣体⼆极管和寄⽣
输出电容Cc1：Cc1=Cc+CQ1+Cto Qc：箝位开关管，DQc、CQc 为Qc寄⽣体⼆极管和寄
⽣输出电容Do：次级输出整流⼆极管Cc：箝位电容
Cr：CQ1、CQc以及其它杂散谐振电容Cto总和，
Cr=CQ1+CQc+Cto Vsw：Q1的D、S两端电压Vin：输⼊直流电压
Vo：输出直流电压
Vc：箝位电容
3、有源箝位反激变换器开关周期时序分解
每个开关周期根据其⼯作状态可以分为8个⼯作状态，各个⼯作模式的状态及等效电路图分别讨论如下：
图2：有源箝位反激变换器波形(⾮连续模式DCM)
在t0时刻，Q1处于导通状态，Qc、Do保持关断状态。Lp两端所加的电压为Vin，上端为Vin，下端为0V电位。Lp激磁，其电流从0开始，随着时间线性上升。磁芯内磁通量?与激磁电流成正⽐，随着时间线性上升。副边电感反向截⽌，整流⼆极管反向电压为-(Vin/n+Vo)。
图3：模式1(Q1导通，Qc、Do关断)
在t1时刻，Q1关断，Qc 、Do 保持关断状态。Q1关断后，Lp 和Cr 谐振，激磁电流对1Q C 充电，对QC C 放电，Vsw 电压谐振上升。
13 / 20 第2章 有源箝位正激变换器的工作原理
2.1 有源箝位正激变换器拓扑的选择
单端正激变换器具有结构简单、工作可靠、成本低廉、输入输出电气隔离、易于多路输出等优点，因而被广泛应用在中小功率变换场合。但是它有一个固有缺点：在主开关管关断期间，必须附加一个复位电路，以实现高频变压器的磁复位，防止变压器磁芯饱和[36]。传统的磁复位技术包括采用第三个复位绕组技术、无损的LCD箝位技术以及RCD箝位技术。这三种复位技术虽然都有一定的优点，但是同时也存在一些缺陷[37-39]。
(1)第三复位绕组技术 采用第三个复位绕组技术正激变换器的优点是技术比较成熟，变压器能量能够回馈给电网。
它存在的缺点是：第三复位绕组使得变压器的设计和制作比较复杂；变压器磁芯不是双向对称磁化，因而利用率较低；原边主开关管承受的电压应力很大。
(2)RCD箝位技术 采用RCD箝位技术正激变换器的优点是电路结构比较简单，成本低廉。
它存在的缺点是：在磁复位过程中，磁化能量大部分都消耗在箝位网络中，因而效率较低；磁芯不是双向对称磁化，磁芯利用率较低。
(3) LCD箝位技术 采用无损的LCD箝位技术正激变换器的优点是磁场能量能够全部回馈给电网，效率较高。
它存在的缺点是：在磁复位过程中，箝位网络的谐振电流峰值较大，增加了开关管的电流应力和通态损耗，因而效率较低；磁芯不是双向对称磁化，磁芯利用率较低。
而有源箝位正激变换器是在传统的正激式变换器的基础上，增加了由箝位电容和箝位开关管串联构成的有源箝位支路，虽然与传统的磁复位技术相比，有源箝位磁复位技术增加了一个箝位开关管，提高了变换器的成本，但是有源箝位磁复位技术有以下几个优点：
(1)有源箝位正激变换器的占空比可以大于0.5，使得变压器的原副边匝
比变大，从而可以有效地减少原边的导通损耗；
(2)在变压器磁复位过程中，寄生元件中存储的能量可以回馈到电网，有利于变换器效率的提高；
磁性材料及器件 2016年11月
37 工艺·技术·应用
反激变换器的漏感影响分析及钳位电路参数设计
于挽涛，冯则坤
(华中科技大学 光学与电子信息学院，湖北武汉 430074)
摘 要：反激变换器中，开关管关断时漏感瞬时续流产生电压尖峰，对开关器件会有较大影响，通常使用
RCD箝位电路来吸收该尖峰。在对变压器T型模型的分析基础上，通过理论分析，揭示出除了原边漏感之外，
副边漏感会同时影响到开关管漏源电压的大小，进而影响RCD箝位电路能量的吸收，并提出了一种新的RCD
参数计算思路。通过仿真与实验，验证了该设计的正确性与有效性。
关键词：反激变换器；RCD箝位；漏感；参数设计
中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1001-3830(2016)06-0037-05
Parameters design and influence analysis of the leakage
inductance in RCD clamping flyback converters
YU Wan-tao, FENG Ze-kun
School of Optical and Electronic Information, Huazhong University
of Science and Technology, Wuhan 430074, China
Abstract: In flyback converter, a voltage spike is generated by the follow current of the leakage inductance when
the power switch is cut off, which has influence on the switch devicws . The RCD clamp circuit is used to absorb this spike
