本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域，特別涉及使用有源鉗位的單端正激開(kāi)關(guān)電源。

背景技術(shù)：

目前，開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用很廣，業(yè)界又常稱為變換器，其中正激開(kāi)關(guān)電源中的基本正激變換器是buck變換器的一個(gè)理想隔離版本，常見(jiàn)的拓?fù)溆袉味苏ぷ儞Q器、對(duì)稱驅(qū)動(dòng)半橋變換器、全橋變換器、推挽變換器、對(duì)稱推挽正激變換器等。需要一提的是對(duì)稱推挽正激變換器，如圖1-1所示,該圖引自張興柱博士所著的，書號(hào)為isbn978-7-5083-9015-4的《開(kāi)關(guān)電源功率變換器拓?fù)渑c設(shè)計(jì)》第91頁(yè)圖5-14，該書在本文中簡(jiǎn)稱為：參考文獻(xiàn)1。

對(duì)稱推挽正激變換器在專利文獻(xiàn)中稱為直直變換器，較早見(jiàn)于1999年電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(ieee)的論文集(0-7803-5160-6/99)中，第279頁(yè)《anovelhigh-input-voltage,highefficiencyandfasttransientvoltageregulatormodule》,作者為：xunweizhou,boyang,lucaamoroso,fredc.leeandpit-leongwong；

以及2002年ieee的論文集(0-7803-7404-5/02)中，第843頁(yè)《singlemagneticpush-pullforwardconverterfeaturingbuilt-ininputfilterandcoupled-inductorcurrentdoublerfor48vvrm》,作者為pengxu,maoye(葉茂)和fredc.lee，該論文也提到了“push-pullforwardconverter”；

以及2004年南京航空航天大學(xué)戴衛(wèi)力發(fā)表的碩士論文中《推挽正激及其軟開(kāi)關(guān)電路的研究與實(shí)現(xiàn)》的第6頁(yè)中，均稱為ppfc變換器(push-pullforwardcircuit),其輸出采用帶續(xù)流電感l(wèi)的全波整流。

各種正激變換器因其電路拓?fù)洳煌?，都有其較佳的用途：

單端正激變換器：環(huán)路響應(yīng)好，適合用于對(duì)動(dòng)態(tài)負(fù)載供電，如電機(jī)。日本的cosel的工業(yè)電源，仍在采用pfc+三繞組去磁的單端正激變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，就是因?yàn)檫@個(gè)原因，但功率一般在150w左右；

半橋變換器：適合應(yīng)用于工作電壓較高的場(chǎng)合，如臺(tái)式電腦用電源；功率大；

全橋變換器：適合用于高壓大功率的場(chǎng)合，常見(jiàn)于1kw以上的功率段；

推挽變換器：多用于低壓,功率小于300w的場(chǎng)合；

對(duì)稱推挽正激變換器：低壓大功率，但并沒(méi)有見(jiàn)到實(shí)用化的產(chǎn)品推出市場(chǎng)；

如上述，單端正激變換器由于環(huán)路響應(yīng)好，適合用于對(duì)動(dòng)態(tài)負(fù)載供電，所以，該電路仍有大量的使用，特別是低電壓工作的情況下，其三繞組去磁的電路拓?fù)淙鐖D1-2中nc所示，圖1-2來(lái)自參考文獻(xiàn)1的第33頁(yè)圖4-8(a)圖，其輸出采用常見(jiàn)的單端正激拓?fù)涞妮敵稣麟娐?，二極管vd1為開(kāi)關(guān)管(或作功率管)v飽和導(dǎo)通時(shí)同步導(dǎo)通的整流管，二極管vd2為開(kāi)關(guān)管v截止時(shí)的續(xù)流管，電感l(wèi)中的電流通過(guò)vd2繼續(xù)向輸出濾波電容c和負(fù)載r供能。第三繞組去磁正激變換器，又作“三繞組吸收正激變換器”。

在中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?01710141802.8的名為《一種正激式開(kāi)關(guān)電源》中，示出了圖1-3技術(shù)方案，解決了圖1-2存在的一些問(wèn)題，第三繞組實(shí)現(xiàn)了激磁，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了無(wú)損吸收，為了方便，發(fā)明人對(duì)該種正激式開(kāi)關(guān)電源所使用的拓?fù)溥M(jìn)行了定義，包括反激拓?fù)?，不包括去磁方式的基本拓?fù)涠级x為：lcl變換器，源于其兩個(gè)原邊激磁電感和一個(gè)與它們串聯(lián)的電容。如lcl正激變換器，也指lcl正激開(kāi)關(guān)電源。

圖1-3的技術(shù)方案也引來(lái)了一些新問(wèn)題，如占空比無(wú)法大于0.5，導(dǎo)致功率密度較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)圖1-3中開(kāi)關(guān)管q1的零電壓開(kāi)關(guān)(zerovoltageswitch，縮寫為zvs)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明要解決現(xiàn)有的lcl正激開(kāi)關(guān)電源存在的不足，提供一種使用有源鉗位的正激開(kāi)關(guān)電源電路，占空比可以大于0.5，功率密度較高，同時(shí)變換效率不降低，可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān),進(jìn)一步提升變換效率。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源電路，包括一變壓器，第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管，第一電容、第二電容，一鉗位網(wǎng)絡(luò)、第一二極管、第二二極管，第一電感，變壓器包括第一原邊繞組、第二原邊繞組和副邊繞組，鉗位網(wǎng)絡(luò)至少包括陽(yáng)極和陰極，副邊繞組同名端與第二二極管陽(yáng)極連接，第二二極管陰極同時(shí)與第一二極管的陰極、第一電感的一端連接，第一電感的另一端與第二電容一端連接，并形成輸出正，副邊繞組異名端同時(shí)與第一二極管的陽(yáng)極、第二電容另一端連接，并形成輸出負(fù)；輸入直流電源的正端同時(shí)與第一原邊繞組同名端、鉗位網(wǎng)絡(luò)的陰極相連，第一原邊繞組異名端與第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的漏極相連；鉗位網(wǎng)絡(luò)的陽(yáng)極與第二原邊繞組異名端相連，第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的源極連接第二原邊繞組同名端，連接點(diǎn)同時(shí)連接輸入直流電源的負(fù)端；第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)；第一原邊繞組和第二原邊繞組為雙線并繞，第一電容的一端與第一原邊繞組異名端相連，第一電容的另一端與第二原邊繞組異名端相連，其特征在于：鉗位網(wǎng)絡(luò)至少包括第三電容和第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管，第三電容和第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管串聯(lián)，串聯(lián)方式為以下兩種方式之一：

(1)第三電容的一端為鉗位網(wǎng)絡(luò)的陰極，第三電容的另一端連接第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的漏極，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的源極為鉗位網(wǎng)絡(luò)的陽(yáng)極，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接鉗位控制信號(hào)；

(2)第三電容的一端為鉗位網(wǎng)絡(luò)的陽(yáng)極，第三電容的另一端連接第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的源極，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的漏極為鉗位網(wǎng)絡(luò)的陰極，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接鉗位控制信號(hào)。

有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源電路的工作方法為：第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管每個(gè)周期都開(kāi)通，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管在有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源接近滿載時(shí)，每個(gè)周期都開(kāi)通；

第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管每個(gè)周期都開(kāi)通，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管在有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源輕載時(shí)，隔m個(gè)周期才開(kāi)通，m為正整數(shù)，且有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源負(fù)載越輕，m的值越大。

本發(fā)明還提供上述方案一的等同方案，方案二：本發(fā)明目的還可以這樣實(shí)現(xiàn)，一種正激開(kāi)關(guān)電源，包括一變壓器，第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管，第一電容、第二電容，一鉗位網(wǎng)絡(luò)、第一二極管、第二二極管，第一電感，變壓器包括第一原邊繞組、第二原邊繞組和副邊繞組，鉗位網(wǎng)絡(luò)至少包括陽(yáng)極和陰極，副邊繞組同名端與第二二極管陽(yáng)極連接，第二二極管陰極同時(shí)與第一二極管的陰極、第一電感的一端連接，第一電感的另一端與第二電容一端連接，并形成輸出正，副邊繞組異名端同時(shí)與第一二極管的陽(yáng)極、第二電容另一端連接，并形成輸出負(fù)；輸入直流電源的正端同時(shí)與第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的漏極、第二原邊繞組異名端相連，第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的源極與第一原邊繞組同名端相連；第二原邊繞組同名端與鉗位網(wǎng)絡(luò)的陰極相連，第一原邊繞組異名端與鉗位網(wǎng)絡(luò)的陽(yáng)極相連，連接點(diǎn)同時(shí)連接輸入直流電源的負(fù)端；第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)；第一原邊繞組和第二原邊繞組為雙線并繞，第一電容的一端與第一原邊繞組同名端相連，第一電容的另一端與第二原邊繞組同名端相連，其特征在于：鉗位網(wǎng)絡(luò)至少包括第三電容和第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管，第三電容和第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管串聯(lián)，串聯(lián)方式為以下兩種方式之一：

(1)第三電容的一端為鉗位網(wǎng)絡(luò)的陰極，第三電容的另一端連接第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的漏極，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的源極為鉗位網(wǎng)絡(luò)的陽(yáng)極，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接鉗位控制信號(hào)；

(2)第三電容的一端為鉗位網(wǎng)絡(luò)的陽(yáng)極，第三電容的另一端連接第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的源極，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的漏極為鉗位網(wǎng)絡(luò)的陰極，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接鉗位控制信號(hào)。

有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源電路的工作方法為：第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管每個(gè)周期都開(kāi)通，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管在有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源接近滿載時(shí)，每個(gè)周期都開(kāi)通；

第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管每個(gè)周期都開(kāi)通，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管在有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源輕載時(shí)，隔m個(gè)周期才開(kāi)通，m為正整數(shù)，且有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源負(fù)載越輕，m的值越大。

作為上述二種方案的改進(jìn)，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2在開(kāi)關(guān)電源輕載時(shí)，m可以在一個(gè)整數(shù)m和一個(gè)比該整數(shù)大1的數(shù)值(m+1)之間來(lái)回跳動(dòng)，以更好地兼顧設(shè)計(jì)。

作為上述二種方案的改進(jìn)，其特征在于：在第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的漏極、源極之間并聯(lián)一只和第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的體二極管方向相同的低壓降、快恢復(fù)的二極管。

作為上述二種方案的改進(jìn)，其特征在于：第一原邊繞組和第二原邊繞組的線徑相同。

優(yōu)選地，pcb布線時(shí)第一原邊繞組和第二原邊繞組的激磁電流的物理路徑的方向相反。

工作原理將結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)行詳細(xì)地闡述。本發(fā)明的有益效果為：占空比可以大于0.5，同時(shí)實(shí)現(xiàn)去磁電路的能量回收，進(jìn)一步地，實(shí)現(xiàn)主功率開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通，進(jìn)一步地降低損耗，提高變換效率,特別是在輕載時(shí)，變換效率得到提高。

附圖說(shuō)明

圖1-1為現(xiàn)有的正激開(kāi)關(guān)電源中有ppfc變換器拓?fù)湓韴D；

圖1-2為現(xiàn)有的三繞組去磁的單端正激變換器拓?fù)湓韴D；

圖1-3為現(xiàn)有的申請(qǐng)?zhí)枮?01710141802.8示出的技術(shù)方案原理圖；

圖2-1為本發(fā)明第一實(shí)施例原理圖之一，鉗位網(wǎng)絡(luò)采用(1)方式；

圖2-2為本發(fā)明第一實(shí)施例原理圖之二，鉗位網(wǎng)絡(luò)采用(2)方式；

圖2-3為第一實(shí)施例在上電時(shí)對(duì)電容c1充電的示意圖；

圖2-4為第一實(shí)施例中q1飽和導(dǎo)通時(shí)，產(chǎn)生兩路激磁電流41、42的示意圖；

圖2-5為第一實(shí)施例中q1截止，產(chǎn)生續(xù)流電流43b、去磁電流44的示意圖；

圖3-1為本發(fā)明第二實(shí)施例原理圖之一，鉗位網(wǎng)絡(luò)采用(1)方式；

圖3-2為本發(fā)明第二實(shí)施例原理圖之二，鉗位網(wǎng)絡(luò)采用(2)方式。

具體實(shí)施方式

第一實(shí)施例

圖2-1、圖2-2示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的有源鉗位正激開(kāi)關(guān)電源的原理圖，包括一變壓器b，第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1，第一電容c1、第二電容c2，一鉗位網(wǎng)絡(luò)400、第一二極管d3、第二二極管d2，第一電感l(wèi)1，變壓器b包括第一原邊繞組np1、第二原邊繞組np2和副邊繞組ns，鉗位網(wǎng)絡(luò)400至少包括陽(yáng)極和陰極，副邊繞組ns同名端與第二二極管d2陽(yáng)極連接，第二二極管d2陰極同時(shí)與第一二極管d3的陰極、第一電感l(wèi)1的一端連接，第一電感l(wèi)1的另一端與第二電容c2一端連接，并形成輸出正，為圖中vout的+端，副邊繞組ns異名端同時(shí)與第一二極管d3的陽(yáng)極、第二電容c2另一端連接，并形成輸出負(fù)，為圖中vout的-端；輸入直流電源udc的正端+同時(shí)與第一原邊繞組np1同名端、鉗位網(wǎng)絡(luò)400的陰極相連，第一原邊繞組np1異名端與n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1的漏極相連；鉗位網(wǎng)絡(luò)400的陽(yáng)極與第二原邊繞組np2異名端相連，n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1的源極s連接第二原邊繞組np2同名端，連接點(diǎn)同時(shí)連接輸入直流電源udc的負(fù)端-；n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1的柵極g連接驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)；第一原邊繞組np1和第二原邊繞組np2為雙線并繞，第一電容c1的一端與第一原邊繞組np1異名端相連，第一電容c1的另一端與第二原邊繞組np2異名端相連,鉗位網(wǎng)絡(luò)400至少包括第三電容c3和第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2，第三電容c3和第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2串聯(lián)，串聯(lián)方式為以下兩種方式之一：

(1)第三電容c3的一端為鉗位網(wǎng)絡(luò)400的陰極，第三電容c3的另一端連接第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2的漏極d，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2的源極s為鉗位網(wǎng)絡(luò)400的陽(yáng)極，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2的柵極g連接鉗位控制信號(hào)，如圖2-1所示；

(2)第三電容c3的一端為鉗位網(wǎng)絡(luò)400的陽(yáng)極，第三電容c3的另一端連接第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2的源極s，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2的漏極d為鉗位網(wǎng)絡(luò)400的陰極，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2的柵極g連接鉗位控制信號(hào)，如圖2-2所示。

可以看到，鉗位網(wǎng)絡(luò)400的陽(yáng)極、陰極，和其內(nèi)部的第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2的體二極管是對(duì)應(yīng)的，在圖2-1中，q2的體二極管的陽(yáng)極就是400的陽(yáng)極，q2的體二極管的陰極通過(guò)c3后就是400的陰極，在圖2-2中，q2的體二極管的陰極就是400的陰極，q2的體二極管的陽(yáng)極通過(guò)c3后就是400的陽(yáng)極，當(dāng)q2更換為p溝道場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，要保證p溝道場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)部的體二極管與圖2-1或圖2-2中的體二極管方向一致，即可正常工作。

同名端：圖中繞組中以黑點(diǎn)標(biāo)記的一端；

異名端：圖中繞組中沒(méi)有黑點(diǎn)標(biāo)記的一端；

驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)：包括pwm脈沖寬度調(diào)制信號(hào)、pfm脈沖頻率調(diào)制等各種方波；

鉗位控制信號(hào)：包括pwm脈沖寬度調(diào)制信號(hào)、pfm脈沖頻率調(diào)制等各種方波，但與驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)不同時(shí)出現(xiàn)；

變壓器b：第一原邊繞組np1和第二原邊繞組np2在圖中，其磁心用虛線相連，表示其為繞在一只變壓器上，共用同一只磁心，并非獨(dú)立的變壓器，只是為了圖形清晰、連接關(guān)系簡(jiǎn)單，才使用了圖中的畫法。

在圖2-1、圖2-2中，n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1的源極連接第二原邊繞組np2同名端，連接點(diǎn)同時(shí)連接輸入直流電源udc的負(fù)端-，即場(chǎng)效應(yīng)管q1的源極連接輸入直流電源udc的負(fù)端-，這在實(shí)際應(yīng)用中并不直接存在，這是因?yàn)樵陂_(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域中，基本拓?fù)涞墓ぷ髟矸治龆紩?huì)略去不必要的因素。在實(shí)際應(yīng)用中，場(chǎng)效應(yīng)管的源極都會(huì)接入電流檢測(cè)電阻或電流互感器來(lái)檢測(cè)平均電流或峰值電流來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制策略，這種通過(guò)電流檢測(cè)電阻或電流互感器與源極相連，等同直接與源極相連，這是本技術(shù)領(lǐng)域的公知技術(shù)，本申請(qǐng)遵循業(yè)界默認(rèn)的規(guī)則。若使用電流互感器，電流互感器可以出現(xiàn)在激磁回路的任何一個(gè)地方，如場(chǎng)效應(yīng)管的漏極，如第一原邊繞組的同名端或異名端，而且電流互感器除了傳統(tǒng)的原邊為一匝的“導(dǎo)線”、副邊為多匝線圈的磁心式互感器，還可以是霍爾傳感器。

工作原理：參見(jiàn)圖2-1、圖2-2，當(dāng)鉗位網(wǎng)絡(luò)400用一只和q2(為了分析方便，按教科書的標(biāo)準(zhǔn)，以下簡(jiǎn)稱為效應(yīng)管q2或q2，其它器件同)體二極管方向相同的二極管替代時(shí)，就是圖1-3的現(xiàn)有技術(shù)電路，但是本發(fā)明加了鉗位網(wǎng)絡(luò)400后，電路的工作原理與現(xiàn)有技術(shù)比，完全不同；

圖2-1和圖2-2電路在上電時(shí)工作示意圖如圖2-3，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2不工作，q1因沒(méi)有收到驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)也不工作，相當(dāng)于開(kāi)路，那么電源udc通過(guò)第一原邊繞組np1向c1充電，該電流同時(shí)通過(guò)第二原邊繞組np2回到電源udc的負(fù)端，第一原邊繞組np1的充電電流為：從同名端流向異名端；第二原邊繞組np2的充電電流為：從異名端流向同名端；np1和np2為雙線并繞，這兩個(gè)電流大小相等，產(chǎn)生的磁通相反，完全抵消，即在上電時(shí)，電源udc通過(guò)變壓器b兩個(gè)繞組向c1充電，這兩個(gè)繞組因?yàn)榛ジ凶饔枚窒?，不起作用，c1相當(dāng)于通過(guò)np1和np2的直流內(nèi)阻與電源udc并聯(lián)，c1仍起到電源濾波、退耦的作用；隨著時(shí)間的推移，c1的端電壓等于udc的電壓，左正而右負(fù)。

當(dāng)q1正常收到控制信號(hào)時(shí)，以一個(gè)周期為例，q1的柵極為高電平時(shí)，q1飽和導(dǎo)通，其內(nèi)阻等于通態(tài)內(nèi)阻rds(on)，為了分析方便，把這種情況看作是直通，是一條導(dǎo)線，如圖2-4所示，q2處于截止?fàn)顟B(tài)，不參與工作，圖中把400畫為開(kāi)路狀態(tài)；這時(shí)產(chǎn)生兩路激磁電流，圖2-4中的41和42所示；

可見(jiàn)，41和42兩路激磁電流是并聯(lián)關(guān)系，由于np1和np2感量相同，激磁電壓相同，都等于udc，41和42完全相等，在激磁過(guò)程中，副邊繞組ns按匝比同樣產(chǎn)生感應(yīng)電壓，這個(gè)感應(yīng)電壓是：同名端感應(yīng)出正電壓，異名端感應(yīng)出負(fù)電壓，大小等于udc乘以匝比n，即ns感應(yīng)出上正下負(fù)的電壓，這個(gè)電壓促使d2正向?qū)?，并通過(guò)正向?qū)ǖ膁2，通過(guò)電感l(wèi)1向電容c2充電，充電電流如43a所示，vout建立電壓或持續(xù)輸出能量。在q1導(dǎo)通激磁過(guò)程中，副邊有能量輸出，這是正激變換器的特點(diǎn)。

在激磁過(guò)程中，不包括副邊映射電流的41和42的激磁電流呈線性向上增加；電流方向在電感中是從同名端流向異名端；

為了保證電磁兼容性達(dá)到使用要求，布線時(shí)是有技巧的，觀察圖2-4中的41和42，41為順時(shí)針電流方向，42為逆時(shí)針?lè)较颍粼诓茧娐钒鍟r(shí)，也保證這兩個(gè)電流一個(gè)是順時(shí)針，另一個(gè)是逆時(shí)針，那么激磁時(shí)產(chǎn)生的磁通，在遠(yuǎn)一點(diǎn)的地方觀察，是可以抵消的，這樣，本發(fā)明的正激式開(kāi)關(guān)電源的emi性能將非常好。

當(dāng)q1的柵極由高電平變?yōu)榈碗娖?，q1也由飽和導(dǎo)通變?yōu)榻刂梗捎陔姼兄械碾娏鞑荒芡蛔?，盡管這時(shí)q1已截止，副邊映射電流也消失，但是41和42激磁電流仍要從同名端流向異名端，盡管這個(gè)電流很小，由于原邊的電流回路已被切斷，磁心里的能量在副邊從同名端流向異名端，參見(jiàn)圖2-5，副邊繞組ns企圖出現(xiàn)從同名端流向異名端的電流，這個(gè)電流可以開(kāi)通d3，但是由于d2反偏而無(wú)法產(chǎn)生，而在圖2-4中的43a電流，流過(guò)l1，而電感中的電流不能突變，43a電流尋找途徑繼續(xù)流動(dòng)，形成43b所示的續(xù)流電流，從電感l(wèi)1的右端出發(fā)，到c2的正端、再到c2的負(fù)端，再到d3的陽(yáng)極，再到d3的陰極，回到電感l(wèi)1的左端。

正激開(kāi)關(guān)電源中的基本正激變換器是buck變換器的一個(gè)理想隔離版本，變壓器b通常又稱為正激變壓器；

本發(fā)明對(duì)電路進(jìn)行去磁的電路由q2和c3組成鉗位網(wǎng)絡(luò)400和第二原邊繞組np2組成，工作原理為：

第一原邊繞組np1和第二原邊繞組np2為雙線并繞，這兩個(gè)繞組之間的漏感為零，在q1關(guān)斷瞬間及以后，激磁電流的能量沒(méi)有傳遞到副邊，第二原邊繞組np2中激磁電流的電能量，其電流方向同激磁時(shí)的方向，從同名端流向異名端，即在圖2-5中，由下向上流動(dòng)，開(kāi)通q2的體二極管，電流從q2的源極s流向漏極d，且這個(gè)電能量向c3充電，形成44所示的激磁電流的去磁電流；

第一原邊繞組np1中激磁電流的電能量，通過(guò)無(wú)漏感地耦合到第二原邊繞組np2中，通過(guò)q2的體二極管實(shí)現(xiàn)去磁，同樣形成44所示的激磁電流的去磁電流；

在圖2-5中，q2不起作用的部分畫成淺色，起作用的體二極管用深色表示。

那么，在第一二極管d3開(kāi)通續(xù)流期間，就會(huì)出現(xiàn)多種工作模式，電路的工作模式有很多種，這里陳述一下工作原理：

本發(fā)明的有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源的工作方法限定為：第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1每個(gè)周期都開(kāi)通，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2在正激式開(kāi)關(guān)電源接近滿載時(shí)，每個(gè)周期都開(kāi)通,即q2和體二極管同步導(dǎo)通或滯后導(dǎo)通，在d2導(dǎo)通期間，原邊繞組處于激磁狀態(tài)；當(dāng)q1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂箷r(shí)，d2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂?，第一二極管d3由截止轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通，為l1續(xù)流，即在d2截止期間，原邊呈感性，這時(shí)，原邊電感和c3出現(xiàn)諧振，在設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算好c3的值，諧振的過(guò)程中，c3的端電壓在特定的時(shí)間會(huì)接近零或等于零，諧振到c3端電壓為零的時(shí)刻可以在d3截止瞬間或以后出現(xiàn)。由于原邊繞組np2和np1是雙繞并繞，兩者之間的漏感為零，即原邊繞組np2和np1的端電壓在任何時(shí)刻保持相等，那么，c3的端電壓接近或等于零的時(shí)刻，q2是處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，其端電壓也為零，那么鉗位網(wǎng)絡(luò)400的端電壓接近或等于零，即原邊繞組np2的端電壓等于直流電源udc的電壓，且為上正下負(fù)，那么，原邊繞組np1是下正上負(fù)，q2的端電壓在此刻為兩倍的udc電壓；而當(dāng)c3的端電壓諧振到為兩倍的udc電壓時(shí)，且為上正下負(fù)時(shí),即q2的源極s電壓為-udc，由于c1的端電壓一直為左正右負(fù)，且等于udc，此刻，c1的左端子電壓為零伏，即q1的端電壓也為零伏，若q1在這個(gè)時(shí)刻飽和導(dǎo)通，那么，就實(shí)現(xiàn)了q1的零電壓開(kāi)通(zerovoltageswitch縮寫為zvs，這里只實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通，為準(zhǔn)zvs)，又稱軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)原邊激磁能量的回收利用，q1的輸出電容上的能量，也因?yàn)橹C振而被轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原邊激磁能量的回收利用。

為了實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的諧振時(shí)間，c3的容量是比較大的。正因?yàn)閏3較大，且端電壓可以升高，端電壓和直流電源udc的電壓為串聯(lián)關(guān)系，利用伏秒平衡定律,占空比可以大于0.5，都可以正常工作。

而在本發(fā)明的有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源輕載時(shí)，若q2每個(gè)周期都開(kāi)通，那么q2驅(qū)動(dòng)損耗就不能忽視，q2驅(qū)動(dòng)損耗pq21為：pq21＝0.5×ciss×(uq2)²×f，ciss為q2的輸入電容，uq2為q2的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，f為工作頻率，可見(jiàn)，q1每個(gè)周期都開(kāi)通，q1也可以采用優(yōu)化降頻的方式來(lái)降低損耗，但這種方式仍符合每個(gè)周期都開(kāi)通的定義，只不過(guò)周期被拉長(zhǎng)了；q2在正激式開(kāi)關(guān)電源輕載時(shí)，隔幾個(gè)周期才開(kāi)通，這樣可以降低在電源輕載時(shí)的損耗，其原理為：開(kāi)關(guān)電源輕載時(shí)，受環(huán)路控制的原邊的激磁電流較小，儲(chǔ)存在原邊電感中的能量較小，c3的容量是比較大的，這樣，當(dāng)q1關(guān)斷時(shí)，q2并不開(kāi)通，原邊電感能量較小，原邊電感能量為：0.5×原邊電感量×激磁電流的平方；原邊電感能量通過(guò)q2的體二極管對(duì)c3充電后，若鉗位用的電容c3吸收的能量達(dá)到了門限值，則下個(gè)周期q2要導(dǎo)通，這可以通過(guò)負(fù)載的情況而預(yù)先設(shè)定，即通過(guò)占空比的大小而預(yù)先設(shè)定。若c3沒(méi)有達(dá)到門限值，則電路重復(fù)上個(gè)周期的動(dòng)作。由于上一個(gè)周期存儲(chǔ)在c3中的能量沒(méi)有釋放，所以c3能量在上一個(gè)周期的基礎(chǔ)上再次增加，c3兩端的電壓也再次上升到一個(gè)穩(wěn)定值。經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期的時(shí)間，c3兩端的電壓會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)階梯狀的增長(zhǎng)，直到達(dá)到門限值，即下個(gè)周期q2要導(dǎo)通,實(shí)現(xiàn)諧振,實(shí)現(xiàn)q1的零電壓開(kāi)通，這樣，驅(qū)動(dòng)損耗得到了進(jìn)一步的降低。

為了進(jìn)一步提高效率，在場(chǎng)效應(yīng)管q2的漏極、源極之間并聯(lián)一只和q2體二極管方向相同的低壓降、快恢復(fù)的二極管，這種改進(jìn)為公知技術(shù)，應(yīng)視為和體二極管等效，本發(fā)明不再以實(shí)施例保護(hù)；

顯然，m為正整數(shù)，且有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源負(fù)載越輕，激磁電流就越小,那么m的值越大，c3可以吸收更多周期的激磁電流能量，這樣驅(qū)動(dòng)損耗得到了進(jìn)一步的降低，那么這種工作方式也是允許的：第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2在開(kāi)關(guān)電源輕載時(shí)，m可以在一個(gè)整數(shù)m和一個(gè)比該整數(shù)大1的數(shù)值(m+1)之間來(lái)回變動(dòng)，以更好地兼顧設(shè)計(jì)。

在輕載工作時(shí)，或許本技術(shù)領(lǐng)域的人會(huì)有一個(gè)疑問(wèn)，如：原來(lái)電路以q1工作5個(gè)周期，q2才參與導(dǎo)通一次，那么，在q1工作的5個(gè)周期中，其中有一個(gè)周期占空比突然加大，激磁電流急聚上升，能量過(guò)大，可能會(huì)引起c3兩端的電壓超過(guò)門限值而引起電路損壞。事實(shí)上，這種情況是不存在的，在中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?01410186940.4的專利申請(qǐng)文件第0050段中，論述過(guò)反激電源的原理，也適用于正激電源：主功率變換電路的占空比在相鄰的周期中不能突變，如目前較為流行的筆記本電源適配器，其工作頻率多采用65khz，公知理論認(rèn)為，其開(kāi)關(guān)電源的環(huán)路響應(yīng)一般可以做到其十分之一，即6.5khz，這部分的原理可以參考張興柱博士的論文《開(kāi)關(guān)電源的動(dòng)態(tài)小信號(hào)分析與設(shè)計(jì)》，環(huán)路響應(yīng)想做高，受開(kāi)關(guān)電源中光耦延時(shí)等影響，很難提高，即開(kāi)關(guān)電源中，主功率變換電路的占空比在十個(gè)工作周期中，第一個(gè)周期和第十個(gè)周期才會(huì)產(chǎn)生明顯的變化，換一種說(shuō)法，就是主功率變換電路的占空比在相鄰的周期中不能突變。

正因?yàn)椴捎昧擞性淬Q位，在占空比大于0.5時(shí)，仍能良好地去磁，像圖1-3的電路中，d1的去磁受伏秒平衡定律的制約，其去磁時(shí)間等于激磁時(shí)間，決定了占空比只能小于0.5，而本發(fā)明沒(méi)有這一制約。

由于41和42的激磁電流相同，第一原邊繞組和第二原邊繞組的線徑相同，這樣繞制方便，這里所述的線徑相同，還包括它們本身都是相同規(guī)格利茲線，顏色可以不同，即多股線絞合，為了方便識(shí)別，包括利茲線的同規(guī)格線材其顏色可以不同。隨著工作頻率的提升，高頻電流更趨于在漆包線的表面流動(dòng)，這種情況下，利茲線可以解決這一問(wèn)題。當(dāng)然，使用兩種不同顏色的漆包線先做成利茲線，直接繞制，再按顏色分出第一原邊繞組和第二原邊繞組，或這兩個(gè)繞組的線徑和股數(shù)都不相同，都同樣實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的。

可見(jiàn)，與現(xiàn)有的正激lcl變換器相比，本發(fā)明有很多不同，主要為：占空比可以大于0.5，同時(shí)實(shí)現(xiàn)去磁電路的能量回收，進(jìn)一步地，實(shí)現(xiàn)主功率開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通，進(jìn)一步地降低損耗，提高變換效率,特別是在輕載時(shí)，變換效率得到提高。

第二實(shí)施例

本發(fā)明還提供上述第一實(shí)施例的等同方案，對(duì)應(yīng)方案二，參見(jiàn)圖3-1、圖3-2，一種有源鉗位正激開(kāi)關(guān)電源，包括一變壓器b，第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1，第一電容c1、第二電容c2，一鉗位網(wǎng)絡(luò)400、第二二極管d2、第一二極管d3，第一電感l(wèi)1，變壓器b包括第一原邊繞組np1、第二原邊繞組np2和副邊繞組ns，鉗位網(wǎng)絡(luò)400至少包括陽(yáng)極和陰極，副邊繞組ns同名端與第二二極管d2陽(yáng)極連接，第二二極管d2陰極同時(shí)與第一二極管d3的陰極、第一電感l(wèi)1的一端連接，第一電感l(wèi)1的另一端與第二電容c2一端連接，并形成輸出正，為圖中vout的+端，副邊繞組ns異名端同時(shí)與第一二極管d3的陽(yáng)極、第二電容c2另一端連接，并形成輸出負(fù)，為圖中vout的-端；輸入直流電源udc的正端+同時(shí)與n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1的漏極d、第二原邊繞組np2異名端相連，n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1的源極s與第一原邊繞組np1同名端相連；第二原邊繞組np2同名端與一鉗位網(wǎng)絡(luò)400的陰極相連，第一原邊繞組np1異名端與一鉗位網(wǎng)絡(luò)400的陽(yáng)極相連，連接點(diǎn)同時(shí)連接輸入直流電源udc的負(fù)端-；n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1的柵極g連接驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)；第一原邊繞組np1和第二原邊繞組np2為雙線并繞，第一電容c1的一端與第一原邊繞組np1同名端相連，第一電容c1的另一端與第二原邊繞組np2同名端相連，鉗位網(wǎng)絡(luò)400至少包括第三電容c3和第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2，第三電容c3和第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2串聯(lián)，串聯(lián)方式為以下兩種方式之一：

(1)第三電容c3的一端為鉗位網(wǎng)絡(luò)400的陰極，第三電容c3的另一端連接第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2的漏極d，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2的源極s為鉗位網(wǎng)絡(luò)400的陽(yáng)極，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2的柵極g連接鉗位控制信號(hào)，如圖3-1所示；

(2)第三電容c3的一端為鉗位網(wǎng)絡(luò)400的陽(yáng)極，第三電容c3的另一端連接第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2的源極s，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2的漏極d為鉗位網(wǎng)絡(luò)400的陰極，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2的柵極g連接鉗位控制信號(hào)，如圖3-2所示。

有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源的工作方法為：第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1每個(gè)周期都開(kāi)通，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2在有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源接近滿載時(shí)，每個(gè)周期都開(kāi)通；

第一n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1每個(gè)周期都開(kāi)通，第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2在有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源輕載時(shí)，隔m個(gè)周期才開(kāi)通，m為正整數(shù)，且有源鉗位正激式開(kāi)關(guān)電源負(fù)載越輕，m的值越大。

事實(shí)上，第二實(shí)施例是第一實(shí)施例的等同變形：在第一實(shí)施例的圖2-1基礎(chǔ)上，把激磁回路中的串聯(lián)器件互換一下，即np1和q1互換位置，同時(shí)把鉗位網(wǎng)絡(luò)400和np2互換位置，c1仍接在兩個(gè)串聯(lián)器件的連接點(diǎn)中間，就得到了第二實(shí)施例圖3-1的電路，由于q1的源極電壓是變動(dòng)的，所以，這個(gè)電路是浮地驅(qū)動(dòng)，但卻獲得了鉗位用的第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2的直接驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)的成本較低,在圖3-1的基礎(chǔ)上，把鉗位網(wǎng)絡(luò)400中的c3和q2互換位置，即可得到圖3-2的電路。

其工作原理簡(jiǎn)述：

參見(jiàn)圖3-1、圖3-2，電路在上電時(shí)，q2不工作，q1因沒(méi)有收到控制信號(hào)也不工作，相當(dāng)于開(kāi)路，那么電源udc通過(guò)np2向c1充電，該電流同時(shí)通過(guò)np1回到電源udc的負(fù)端，同樣在上電時(shí)，電源udc通過(guò)變壓器b兩個(gè)繞組向c1充電，這兩個(gè)繞組的磁通因?yàn)榛ジ凶饔枚窒?，不起作用，c1相當(dāng)于通過(guò)np2和np1的直流內(nèi)阻與電源udc并聯(lián)，c1仍起到電源濾波、退耦的作用；

隨著時(shí)間的推移，c1的端電壓等于udc的電壓，右正而左負(fù)；

當(dāng)q1飽和導(dǎo)通，其內(nèi)阻等于通態(tài)內(nèi)阻rds(on)，同前文看作是一條導(dǎo)線，這時(shí)產(chǎn)生兩路激磁電流，

第一路為：電源udc正端通過(guò)q1的漏極進(jìn)，q1的源極出，再通過(guò)第一原邊繞組np1的同名端進(jìn)，np1的異名端出，回到電源udc負(fù)端；

第二路為：電容c1右正端通過(guò)第二原邊繞組np2的同名端進(jìn)，np2的異名端出，q1的漏極進(jìn)，q1的源極出，回到電容c1左負(fù)端；

第一路和第二路激磁電流是并聯(lián)關(guān)系，由于np1和np2感量相同，激磁電壓相同，都等于udc，這兩路是完全相等，在激磁過(guò)程中，副邊繞組ns按匝比同樣產(chǎn)生感應(yīng)電壓，同名端感應(yīng)出正電壓，異名端感應(yīng)出負(fù)電壓，大小等于udc乘以匝比n，即ns感應(yīng)出上正下負(fù)的電壓，這個(gè)電壓促使d2正向?qū)?，并通過(guò)正向?qū)ǖ膁2，通過(guò)電感l(wèi)1向電容c2充電，充電電流如43a所示，vout建立電壓或持續(xù)輸出能量。

在激磁過(guò)程中，第一路和第二路激磁電流呈線性向上增加；電流方向在變壓器的激磁電感中是從同名端流向異名端；

第二實(shí)施例中，本發(fā)明對(duì)電路進(jìn)行去磁的電路由q2和c3組成鉗位網(wǎng)絡(luò)400和第二原邊繞組np2組成，工作原理同第一實(shí)施例。

第二實(shí)施例為第一實(shí)施例的變形，工作原理等效，同樣實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的。作為用n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的技術(shù)方案，還可以用p溝道場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)實(shí)現(xiàn)，p溝道場(chǎng)效應(yīng)管在低工作電壓下，成本也是比較低的，這時(shí)，在上述第一實(shí)施例的基礎(chǔ)上，電源、二極管、變壓器同名端的極性要反過(guò)來(lái)，輸出整流部分不用反過(guò)來(lái)，那么得到第三實(shí)施例，這里不再陳述，視為本技術(shù)領(lǐng)域的人利用公知技術(shù)的一種非創(chuàng)造性勞動(dòng)，等同本發(fā)明的方案一和方案二。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實(shí)施方式不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的限制。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，如加入控制環(huán)路實(shí)現(xiàn)輸出的穩(wěn)壓，這是通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)顯而易縣見(jiàn)得到的，如采用其它符號(hào)的開(kāi)關(guān)管q1等，副邊輸出加入多路輸出，濾波使用π型濾波；這些改進(jìn)為公知技術(shù)，應(yīng)視為和體二極管等效；這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍，這里不再用實(shí)施例贅述，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。