一款有源钳位双路输出正激变换器的设计

摘 要：本文重点介绍了一款有源钳位双路输出的正激变换器的工作原理，并给出了设计过程和参数计算。

关键词：正激变换器，有源钳位；双路输出

ABSTRACT：This paper focuses on the working principle of an active clamp and dual forward converter，the design process and parameter are provide.

Keywords：Forward converter，Active Clamp，Dual ouput

1.绪论

HJDD4811D60型电源模块是为某单位研制的系列产品之一。该产品是窄范围输入，具有体积小，纹波低的优点。本文基于正激变换器设计出了输入45～51V，双路输出±11V的60W电源。

2.正激变换器

单端正激变换器的拓扑如图1所示，变压器T起变压和隔离的作用，在输出端加一个电感L，起能量存储及传递作用。

当开关管Q导通时，输出整流管D1正向導通，并通过电感L和电容C将能量提供给负载R，此时输出续流管D2反向截止，输出电感L1储能；当开关管Q关断时，整流二极管D1截止，续流二极管D2导通，电感L1将其储存的能量提供给输出负载，以保持输出电压不变[1]。

3.有源钳位

单端正激式拓扑变压器由于工作在磁滞回线的第一象限，因此在关断周期必须进行磁复位，否则变压器会饱和，一旦饱和，电路电流过大会烧毁初级电路。单端正激式拓扑常用的磁复位方式有RCD磁复位、谐振式磁复位、辅助绕组磁复位和有源箝位四种[2]。

RCD磁复位是利用电阻、电容以及二极管组成去磁电路并接在变压器初级上或开关管漏-源上，该方式电路结构简单，成本低，但是磁芯单向磁化，大部分磁化能量消耗在钳位电阻中，损耗较大。

辅助绕组磁复位是在变压器上再绕制一组辅助线圈，将其与去磁二极管串联并在输入端上，变压器磁芯利用率不高，单向磁化；最大占空比受制于变压器的匝比，不能超过50%；

谐振式磁复位是将电容并在开关管漏-源或变压器初级两端，通过谐振电容对变压器进行复位，谐振式磁复位的占空比可以超过50%，该复位方式是利用输入电压给变压器复位，激磁能量和漏感能量回馈到输入侧，基本上没有损耗。

有源箝位是将开关管和箝位电容串联后，并接在变压器初级上或开关管漏-源上，利用输入端电感（励磁电感、漏感和输入滤波电感之和）和箝位电容谐振，使变压器的磁芯工作区域由第一象限扩展到第一和第三象限，提高了磁芯的利用率实现了磁复位，同时实现了开关管的零电压开启和关断，有效地降低了损耗，提高了效率[3]。

考虑到产品输出功率较大及零电压开通关断技术，该设计使用有源钳位复位方式。

4.应用举例

4.1电源的参数设计

该设计复位电路选用低边有源钳位电路，它是将钳位管和钳位电容串联后，再并接于主开关管漏源两端，不需要驱动电路就可以自驱动，电路结构相对简单。使开关管工作在零电压开关状态，减小了开关损耗和开关应力。

PWM控制器，采用LM5025A。LM5025A功能齐全，根据控制芯片LM5025A的用户手册，结合本次设计的要求，设计出了如图4.所示的控制电路。引脚3、引脚4外接过流保护电路，引脚7外接辅助电源供电电路，引脚13外接反馈稳压电路，引脚16外接输入过、欠压保护电路[4]。

4.3双路输出设计

开关电源被广泛用于电子系统中，对双路输出开关电源的输出部分设计时，一般情况是将输出负载大的那一路作为主输出进行反馈控制，以保证在输入电压和输出负载变化时输出电压能够保持稳定[5]。理想情况下，主输出和辅输出匝数比在保持线性的情况下，主路输出电压稳定的话，辅路输出电压也会稳定，但现实情况是，由于功率变压器的漏感、绕组间的电阻，辅输出电压随着负载的变化而变化。

本文设计的输出部分由于双路输出之间隔离，现采用下面的方法来解决稳定性问题：功率变压器输入与输出各绕组耦合优化。功率变压器各绕组之间的输出阻抗影响着输出电压变化，在绕制输出绕组时为减小输出阻抗，输出绕组必须紧密耦合，并且输出电流大的那个输出绕组须与输入绕组耦合最好，本文两路输出电压电流相同，绕制时可采取三明治和输出绕组双线同时绕制的方法。

4.4.主要元器件设计

4.4.1高频变压器的设计

6.结束语

图2中电路可推广使用，100W内的正激变换器可广泛使用。对于输出低压大电流的变换器可采用同步整流有源钳位技术。

参考文献

[1]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计（修订版）[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2]陈道炼，范玉萍，严仰光.正激变换器的磁复位技术研究[J].电力电子技术，1998，1：36-41.

[3]Acik，Cadiric I.Active clamp ZVS forward converter with soft-switched Synchronous rectifier for high efficiency low output voltage application[J].IEEE Electric Power Applications，2013，150（2）：165-174.

[4]于孟春.基于LM5025的有源箝位反激变换器的设计与实现[D].华中科技大学，2013.

[5]贾丽超，刘云鹏.低交叉调整率的双输出DC/DC变换器的设计.[J].微处理机，2016，10（5）：21-24.

[6]李康艺，王兴蔚，龚军勇等.单端出有源钳位正激DC-DC变换器设计[J].磁性材料及器件，2010，41（5）：60-63

作者简介：

陈瑜 女 工程师。2008年毕业于长春理工大学电子信息工程专业，现在陕西华经微电子股份有限公司微电路事业部从事产品设计工作。

陈俊 男 工程师。2005年毕业于陕西理工学院电子信息工程专业，现在陕西华经微电子股份有限公司微电路事业部从事产品设计工作。

金成 男 助理工程师。2016年毕业于西安科技大学自动化专业，现在陕西华经微电子股份有限公司微电路事业部从事产品设计工作。