有源钳位ZVS PWM正激式转换器的工作原理

　　有源钳位ZVS PWM正激式转换器如图1（b）所示，假设满足零电压开通条件，在稳态运行时，一个开关周期内，有源钳位ZVS PWM正激式转换器各主要电量的波形（工作波形），如图1（c）所示。图中V1和Vc分别为开关管V1和Vc的工作波形，uDS1为主开关管V1（功率MOSFET管）D－S极之间的端电压，iM为变压器的励磁电流。

　　假定V1开通前，钳位电容C上的电压为Uc，从to开始，－个开关周期可以分为六种开关模式，见表1。

　　设t＜t0时，开关管V1、Vc均关断。电压uDS1谐振下降（t＝t0时 uDS1＝0），变压器初级电流从最大负载电源线性上升（即反向电流逐渐减小）。

　　1、t0～t1是能量传送时段，在t＝to时刻，主开关管V1开通（由以后分析可知，t＝to时，V1的体内二极管Dv1导通，因此V1是ZV开通），钳位开关管Vc关断。变压器磁心正向励磁，初级电流则从第三象限内某一值向第一象限过渡。次级整流二极管D1导通，续流二极管D2阻断。能量从输人端传送到负载；相当于一般的PWM正激式转换器的工作情况。V1端电压uDS1＝0，Vc端电压uDS2＝Ui＋Uc，Uc为钳位电容电压。

　　2、t1～t2是谐振时段。在t＝t1时，V1在结电容作用下软关断。Vc仍然关断。V1和VC的结电容Cs和Ccs，与变压器的励磁电感LM谐振；V1端电压uDS1谐振上升，t＝t2时刻达到Ui；变压器励磁电流到达最大正值IM；在此期间次级整流二极管D1导通。

　　3、t2～t3是谐振时段。uDS1继续谐振上升，在t＝t3时刻，达到Ui＋Uc，变压器励磁电流下降，磁心开始磁复位；在此期间次级整流二极管D1阻断，D2续流，Vc的体内二极管Dvc导通。

　　4、t3～t4是钳位时段。由于Vc的体内二极管Dvc导通，uDS1钳位在：

　　                         （1）

　　因而限制了电压应力。变压器励磁电流下降，由正变负，在t＝t4时，达到负最大值。

　　在这一时段内，可以使钳位开关Vc软开通。Vc的体内二极管导通后，钳位电容Cc有充放电过程，ic流动，先充电，后放电。

　　                                                 （2）

　　式中 △uC——钳位电容Cc上的交流电压分量（纹波值）。

　　可以证明，钳位电容Cc上的电压纹波为

                                               （3）

　　即开关频率fs越高，△uC越小。若△uc<<uc，则可以认为钳位电容上的电压基本恒定。

　　5、t4～t5是谐振时段。V1仍为关断状态，t＝t4时，Vc软关断。结电容Cs、Cc与变压器励磁电感LM再次谐振，uDS1谐振下降，t＝t5时uDS1＝Ui；在一个开关周期内，变压器的励磁电流由负最大值线性地变化到正最大值，再线性地变化到负最大值，应保持磁心在两个半周期内承受的伏秒面积平衡，参看图1（c）中uDS1曲线的阴影面积。变压器初级绕组上的电压，up＝Ui-uDS1。

　　6、t5～t0是谐振时段，t0＝t6，本周期结束，下一周期开始的时间。t＞t5时，uDSl继续谐振下降，t＝t′0时，uDS1＝0，V1的体内二极管DV1时通，uDS1被钳位到零，为下一个周期主开关管V1零电压开通创造条件。在这一时间段变压器的初级电流线性上升。

　　由以上介绍可知，主开关管V1的最大电压uDS1被钳位在：

       （4）