【導讀】在反激式轉換器的標準形式中，變壓器的漏感會在初級場效應晶體管 (FET) 的漏極上產生電壓尖峰。為防止此尖峰變得過大和損壞，FET 需要一個鉗位網絡，通常帶有耗散鉗位，如圖1所示。但是耗散鉗位中的功率損失限制了反激式轉換器的效率。在這篇電源技巧中，我將研究反激式轉換器的兩種不同變體，它們使用非耗散鉗位技術來回收泄漏能量并提高效率。
在反激式轉換器的標準形式中，變壓器的漏感會在初級場效應晶體管 (FET) 的漏極上產生電壓尖峰。為防止此尖峰變得過大和損壞，FET 需要一個鉗位網絡，通常帶有耗散鉗位，如圖1所示。但是耗散鉗位中的功率損失限制了反激式轉換器的效率。在這篇電源技巧中，我將研究反激式轉換器的兩種不同變體，它們使用非耗散鉗位技術來回收泄漏能量并提高效率。
圖 1 大多數反激式轉換器都采用耗散鉗位。
耗散鉗位中的功率損耗與每個開關周期的漏電感中存儲的能量有關。當 FET 導通時，變壓器初級繞組中的電流增加到由控制器確定的峰值電流值。該峰值電流同時流過初級磁化電感和漏電感。當 FET 關閉時，磁化能量通過變壓器的次級繞組傳遞到輸出端。泄漏能量不通過變壓器鐵芯耦合，因此它保留在初級側并流入鉗位。
重要的是要了解，不僅泄漏能量在鉗位中消散，而且還消耗了能量。一部分磁化能量也是如此。正如電源技巧 #17中所討論的那樣，將初級繞組電壓鉗位到遠高于反射輸出電壓的水平可以限度地減少鉗位中燃燒的磁化能量。
雙開關反激式是回收泄漏能量的反激式轉換器的常見變體。圖 2 是雙開關反激式的簡化示意圖。兩個初級 FET 與它們之間的初級繞組串聯連接。這兩個 FET 同時開啟或關閉。當它們打開時，初級繞組連接到輸入端并通電至峰值電流。當它們關閉時，次級繞組將磁化能量傳送到輸出端，泄漏能量通過 D1 和 D2 回收回輸入端。通過回收泄漏能量，雙開關反激式電路比單開關耗散鉗位電路具有更高的效率。
圖 2雙開關反激式將泄漏能量回收到輸入端。
兩個開關同時導通的事實在一定程度上抵消了效率的提高，因此導通損耗往往會增加，尤其是在低輸入電壓應用中。幸運的是，兩個 FET 的漏源電壓鉗位到輸入電壓，因此與單開關反激式相比，您可以使用額定電壓較低的 FET。鉗位電壓應力在高輸入電壓應用中也有優勢。
效率增益與漏感與磁化電感之比有關，通常約為 2%。回收泄漏的能量除了提高效率之外還有其他好處。在高功率反激式應用（通常大于 75W）中，耗散鉗位中的損耗會造成熱管理噩夢。雙開關反激式完全消除了這種熱源。
這種更高效率和改進的熱性能的權衡是以成本和復雜性增加的形式出現的。不僅需要額外的 FET；高端 FET 的隔離驅動器也是如此。此外，需要設置變壓器匝數比，使反射輸出電壓小于輸入電壓。否則，輸出電壓將被鉗位，變壓器將無法正確復位。因此，雙開關反激式固有地限制在 50% 的占空比。實際上，反射輸出電壓應充分低于輸入電壓，以允許漏感快速復位。
圖 3 添加到單開關反激式的簡單非耗散鉗位。
圖 3中的電路 顯示了另一種回收泄漏能量的方法，但使用的是單開關反激式。這種非耗散鉗位并不新鮮，但也不廣為人知。然而，它提供了許多與雙開關反激式相同的好處。
實現此鉗位需要在變壓器的初級側添加一個鉗位繞組。該繞組的匝數必須與初級繞組相同。添加了一個鉗位電容器，連接到 FET 的漏極。鉗位電容器的另一端通過二極管 D1 鉗位到輸入電壓，并通過二極管 D2 鉗位到鉗位繞組。
鉗位繞組和 D2 將鉗位電容器兩端的電壓限制為等于輸入電壓的值，這在對初級回路應用基爾霍夫電壓定律時很明顯，如圖 4所示。請注意，無論極性或幅度如何，兩個初級繞組電壓都會相互抵消。此方法僅在兩個繞組上使用相同匝數時才有效。
圖 4 鉗位電容器電壓受輸入電壓限制。
要了解此鉗位的工作原理，請考慮 FET 關閉時會發生什么。當初級 FET 關斷時，漏感中的電流流過鉗位電容器和正向偏置二極管 D1。當 D1 導通時，漏電感兩端的電壓等于輸入電壓和反射輸出電壓之間的差值。一旦漏感中的電流降至零，D1 就會關閉。傳遞到鉗位電容器的泄漏能量會暫時增加鉗位電容器上的電壓，使其略高于輸入電壓。當 D1 關閉時，D2 鉗位器通過變壓器繞組中的耦合有效地將存儲的電荷傳輸到輸出端。
這種鉗位電路需要的元件更少，而且比雙開關反激式電路更便宜。就像雙開關反激式一樣，它可以將效率提高幾個百分點，并消除與耗散泄漏能量相關的熱問題。該鉗位電路還將占空比限制為值 50%。代價是該電路需要一個更高電壓的 FET，它的額定值必須是輸入電壓的兩倍以上。與雙開關反激式相比，FET 漏極上的更高電壓也可能對電磁干擾提出更多挑戰。
有源鉗位反激式是反激式的另一種形式，它回收泄漏能量，同時可以提供零電壓開關。有源鉗位反激式更復雜，需要專門的控制器，例如 UCC28780，使其值得擁有自己的電源提示，所以我將把討論留到以后再說。下次您設計高功率反激式時，請考慮使用非耗散鉗位來提高效率并保持電源冷卻。
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