反激變換器既可以當(dāng)作變壓器使用，也可以作為儲能電感使用，是一種可將間接變換器轉(zhuǎn)變成電氣隔離的電路：即用帶磁化電感的變壓器代替電路中的電感。因為電感上沒有直流電壓。當(dāng)Q導(dǎo)通時，D關(guān)斷，電能流入Lμ；當(dāng)Q關(guān)斷,D導(dǎo)通，儲存的磁能經(jīng)副邊繞組流向負(fù)載。如果沒有漏電感，除了變壓器產(chǎn)生升壓與降壓作用外，反激式變換器的工作與非隔離變換器是一樣的。當(dāng)原邊有漏電感且當(dāng)開關(guān)斷開時，其儲能需要釋放，通常必須加緩沖電路。正激電路中的變壓器的磁化電流越小越好，而反激必須具有一定的值以儲存能量。該變壓器稱為儲能變壓器。其電流電壓波形圖如圖2所示。

2  有源鉗位反激電路分析

有源鉗位反激電路的目的在于解決直流諧振環(huán)輸出電壓過高的問題，而電壓峰值過高的原因是輸出電壓實際上是LC串聯(lián)諧振電路的電容端壓,在諧振狀態(tài)下，該電壓必然會高出電源電壓。但諧振狀態(tài)是使后續(xù)電路獲得軟開關(guān)環(huán)境的手段，因此，采用有源鉗位電路的作用是在保持電路諧振的前提下,將輸出電壓峰值限制在可以接受的水平上。所謂有源鉗位反激電路，是指包含功率器件的鉗位電路，因其性能優(yōu)越而倍受歡迎，其主電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

有源鉗位反激變換器除了能將漏感上的能量反饋到輸出，以提高電路效率外，還具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：首先，電壓鉗位效果良好，能減少開關(guān)管上的電壓應(yīng)力；其次，電路原邊的主開關(guān)管和輔助開關(guān)管都可實現(xiàn)ZVS,從而減少電路的開關(guān)損耗。這個特性對于高壓輸入的場合特別重要。由于開關(guān)管上的電壓是諧振到零的，這樣，就既限制了電壓關(guān)斷時的du/di,同時鉗位電容和變壓器原邊諧振電感的諧振還限制了副邊整流管關(guān)斷時的di/dt_;通過恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計鉗位電容的值，還可以實現(xiàn)副邊整流二極管的ZCS,從而減少或消除了整流管的開關(guān)損耗和由于二極管反向恢復(fù)引起的開關(guān)噪聲，從而有效減少電路的EMI。有源鉗位反激電路不但可以做為普通的DC/DC變換器來使用，而且還可以用作一個性能優(yōu)良的PFC電路。有源鉗位變換器電路的工作波形如圖4所示。

有源鉗位反激變換器的工作過程如下:在[t₀,t₁]時,主開關(guān)S₁導(dǎo)通，輔助開關(guān)S₂關(guān)斷,輸出整流二極管D₁承受反向電壓,S₂的體內(nèi)反并聯(lián)二極管也反向偏置,L_r和L_m上的電流在V_in的作用下線性上升;對于[t₁,t₂],在t₁時刻,S₁關(guān)斷，L_m和L_r一起同C_r進(jìn)行諧振，利用激磁電流給c_r充電，S₂處于關(guān)斷狀態(tài),S₂體內(nèi)二極管續(xù)反向偏置;[t₂,t₃]在t₂時刻，C_r被充電到V_Cr,此時,S₂的體內(nèi)二極管開始導(dǎo)通，L_m和L_r同C_e進(jìn)行諧振，因而利用激磁電流給C_r充電。由于C_e遠(yuǎn)大于C_r,幾乎所有的激磁電流都通過二極管流向鉗位電容，同時L_m和L_r以一定比例進(jìn)行分壓，勵磁電壓即變壓器一次電壓V_n1下降規(guī)律為:V_n1=—[L_m/(L_r+L_m)]V_ce;[t₃,t₄]在t₃時刻,V_n1已經(jīng)下降到使D₁正向?qū)ǎS后，變壓器的原邊電壓就被鉗位在一(N_p/N_s)V₀,這時,L_r和C_e進(jìn)行諧振，并利用激磁電流給C_e充電,L_r上的電壓為V_ce－nV_o，諧振電流的下降速率為(V_cr－nV_o)/L_r，為了能實現(xiàn)S₂的ZVS,S₂必須在諧振電流反向之前觸發(fā)導(dǎo)通；[t₄,t₅]在t₄時刻,S₂關(guān)斷，并使C_e被迅速從電路中斷開，同時,L_r和C_r構(gòu)成諧振電路，變壓器的原邊電壓仍然被鉗位在－nV_o,值上，當(dāng)L_r上面的電流等于L_m上的電流時,副邊電流減少到零,D₁反向截止,變壓器原邊的電壓開始反向；[t₅,t₆]在t₅時刻,V_Cr=0,假定儲存在L_r和L_m內(nèi)的能量大于儲存在C_r中鬲能量，則足以使S₁體內(nèi)寄生二極管開通,L_r上電壓鉗位在V_in+(N_p/N_s)V_o值上,這將使D₁中的電流i_D1的下降速率為：

如果在這個時間段內(nèi)，S₁被觸發(fā)導(dǎo)通，那么就可以實現(xiàn)ZVS；在t₆,時刻，對于L_m和L_r而言，兩端的電壓V_in使電感上的電流又開始線性上升，當(dāng)i_Lr的值上升到i_Lm的上升值時，i_D1=0,D₁反偏,V_NP由nV₀變為V_in，隨后，L_m和L_r再次線性充電，并進(jìn)入下一個開關(guān)周期。

3  開關(guān)電源控制芯片MAX5974

Maxim公司推出的采用有源鉗位架構(gòu)和擴(kuò)頻工作方式的高頻、電流模式PWM控制器MAX5974的有源鉗位架構(gòu)能夠提供大于90%的效率，故可有效降低用電設(shè)備(PD)的同步正向/反激式電源的功耗。MAX5974A/MAX5974C非常適合通用整流離線式(85?265V)或電信(36?72V)輸入電壓。MAX5974B/MAX5974D還可接受低至10.5V的輸入電壓(例如：墻上適配器)。MAX5974的目標(biāo)應(yīng)用包括IP電話、IP攝像機(jī)和無線LAN接入點(diǎn)等以太網(wǎng)供電(PoE)中的用電設(shè)備(PD)應(yīng)用。同時，MAX5974適用于通用和電信輸入電壓范圍。

MAX5974A/MAX5974B具有內(nèi)部采樣保持誤差放大器，可通過耦合電感調(diào)節(jié)輸出電壓。這種反饋配置省去了偏置電路中的并聯(lián)穩(wěn)壓器、光耦和第三繞組，從而節(jié)省了空間和成本。需要光耦反饋的應(yīng)用可以使用MAX5974C/MAX5974D,這兩款器件具有一路始終連接的反饋輸入。器件的開關(guān)頻率可以在100?600kHz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，精度可達(dá)士8%。這就允許設(shè)計人員對電路中的磁性和濾波元件進(jìn)行優(yōu)化，以滿足EMI標(biāo)準(zhǔn)的要求。MAX5974C/MAX5974D器件的占空比可以設(shè)置為最大占空比限制的士8%。該器件的其它特性包括可用于關(guān)斷器件的一路使能輸入以及可避免輸出電壓過沖的可編程軟啟動功能。MAX5974A/MAX5974C內(nèi)帶較高滯回的自舉UV-LO電路，需要20V的啟動電壓。MAX5974B/MAX5974D的啟動電壓為10V?？晒ぷ髟?40°C?+85°C擴(kuò)展級溫度范圍，器件采用3mmX3mm的16引腳TQFN封裝。

4  結(jié)論

有源鉗位反激變換器具有功率開關(guān)電壓應(yīng)力小、功率開關(guān)與鉗位開關(guān)為ZVS開關(guān)、能降低副邊整流二極管反向恢復(fù)引起的關(guān)斷損耗和開關(guān)噪聲等優(yōu)點(diǎn)，因而在中小功率變換場合具有重要的應(yīng)用價值。

本文設(shè)計并研制成功的電流控制有源鉗位反激變換器具有功率密度高、變換效率高、過載與短路能力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。