一种Flyback软开关实现方法

T为开关周期。

则激磁电感电流的最大值和最小值可以表示为：

I_Lmmax=(VinDT)/2L_m＋I_o/n（2）

I_Lmmin=(VinDT)/2L_m－I_o/n（3）

式中：I_o是负载电流。

从上面的原理分析中可以看到S₁的软开关条件是由|I_Lmmin|使S₁的输出结电容放电，同时通过变压器对S₂的输出结电容充电来创造的；而S₂的软开关条件是由|I_Lmmax|对S₁的输出结电容充电，同时通过变压器使S₂的输出结电容放电来创造的。

S₁及S₂的软开关极限条件为储存在L_m上的能量对S₁和S₂的输出结电容充放电，足以令其中一结电容放电到零，而另一结电容充电到最大。

这样S₁的极限条件为

(nV_o＋V_in)²(=)L_m（4）

S₂的极限条件为

(nV_o＋V_in)²(=)L_m（5）

式中：C₁，C₂分别为S₁和S₂的输出结电容。

由于在实际电路中死区时间比较小，因此可以近似认为在死区时间内电感L_m上的电流保持不变，即为一个恒流源对开关管的结电容进行放电。在这种情况下的软开关条件称为宽裕条件。

S₁的宽裕条件为

(nV_o＋V_in)≤|I_Lmmin|t_dead1（6）

S₂的宽裕条件为

(nV_o＋V_in)≤|I_Lmmax|t_dead2（7）

式中：t_dead1，t_dead2分别为S₁及S₂开通前的死区时间。

由于能量由电源向负载传送，即负载电流I_O>0，比较式（2）与式（3）可知|I_Lmmax|>|I_Lmmin|，特别是在满载时，|I_Lmmax|>>|I_Lmmin|。所以S₂的软开关实现比S₁要容易得多。因此在具体的实验设计中，关键是要设计S₁的软开关条件。首先确定可以承受的最大死区时间，然后根据式(6)及式(3)推算出激磁电感量L_m。在能实现软开关的前提下，L_m不宜太小，以免造成开关管上过大的电流有效值，使开关的导通损耗过大。

3 实验结果

设计了一个48V输入、5V/5A输出的带辅助绕组的Flyback电路模型，给出了实验结果，进一步验证了上述软开关实现方法的正确性。该变换器的规格和主要参数如下：

输入电压V_in 48V；

输出电压V_o 5V；

输出电流I_o 0～5A；

工作频率f 100kHz；

主开关S₁，S₂ IRF730，IRFZ44；

激磁电感L_m 70μH；

变压器原副边及辅助绕组匝数比 26∶4∶4。

图4分别给出了轻载（1A）及满载（5A）时的实验波形，从图4（g）～图4（j）可以看到开关管S₁及S₂在轻载和满载时都实现了软开关。

（a）Current of D(1A) （b）Current of D(5A)

（c）Current of S₂(1A) （d）Current of S₂(5A)

（e）Current of S₁(1A) （f）Current of S₁(5A)

（g）Soft switching of S₁(1A) （h）Soft switching of S₁(5A)

（i）SoftswitchingofS2(1A) （j）SoftswitchingofS2(5A)

图4 实验波形

4 结语

本文分别分析了电路工作在轻载及满载时的情况，即输出整流二极管分别处于断续及连续状态，此两种状态分别有自己的优缺点，断续状态可以实现二极管的零电流关断，但其电流应力较高，而连续状态则刚好相反。因此，可以根据具体的需要，将电路设计在其中一个状态或跨越两种状态。