雙管正激電路的工作過程

在雙管正激開關(guān)電源的調(diào)試過程中，后級(jí)DC/DC變換電路采用了無損吸收的雙管正激電路，其電路形式如下：

雙管正激電路有著較高的可靠性，這種形式的無損吸收電路對(duì)改善上下功率管的開關(guān)軌跡也有較好的效果。下面先分析一下電路的工作過程：

我們先來了解一下它的工作過程分析

設(shè)電路的起始工作狀態(tài)為開關(guān)管關(guān)斷，變壓器副邊處于續(xù)流狀態(tài)。此時(shí)上下管子同時(shí)開通，那么電路會(huì)經(jīng)歷以下幾個(gè)過程

階段1管子開通的瞬間其結(jié)電容既可發(fā)電到零，410V的直流母線電壓加在由C23、VD30、L5、VD29、C22組成的諧振網(wǎng)絡(luò)上形成串聯(lián)諧振，由于二極管VD29、VD30的反向阻斷作用使得最終的諧振結(jié)果是C23、C22上的電壓保持在410V的母線電壓。階段2上下管開通，變壓器原邊流過電流向負(fù)載提供能量階段3經(jīng)過占空比D的導(dǎo)通之后功率管開始關(guān)斷，由于此時(shí)變壓器原邊仍流過負(fù)載電流，因此在關(guān)斷初期由這個(gè)負(fù)載大電流給C22、C23以及管子的結(jié)電容線性充放電，在此過程中始終保持下管結(jié)電容上的電壓和C22上電壓之和為410V，同樣上管結(jié)電容上電壓與C23上電壓之和為410V，同時(shí)變壓器原邊繞組上電壓相應(yīng)下降。

由于負(fù)載大電流的線性充放電作用這個(gè)階段維持時(shí)間很短，其結(jié)果為上下管結(jié)電容、C22、C23上電壓均為205V左右。階段4從這一時(shí)刻起由于變壓器原邊電壓已經(jīng)下降到零因此副邊續(xù)流二極管開始導(dǎo)通其電流逐漸增大，同時(shí)整流二極管上電流逐漸減小， 在這一階段整流與續(xù)流二極管同時(shí)導(dǎo)通，變壓器副邊電壓鉗位在零，而在變壓器原邊勵(lì)磁電感上電壓也保持在零，變壓器的漏感與結(jié)電容、吸收電容諧振，功率管上電壓以正弦形式繼續(xù)升高、吸收電容C22、C23上的電壓相應(yīng)減小以維持其和為410V。

當(dāng)原邊電流由負(fù)載電流諧振下降到勵(lì)磁電流后副邊整流二極管關(guān)斷結(jié)束換流。但是由于二極管的反向恢復(fù)，原邊漏感上還會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)周期的反復(fù)振蕩一直到整流二極管完全關(guān)斷，此時(shí)變壓器原邊只流過勵(lì)磁電流，因?yàn)檫@段時(shí)間也非常短。所以勵(lì)磁電流幾乎沒有衰減。階段5此時(shí)變壓器原邊勵(lì)磁電感與結(jié)電容、吸收電容進(jìn)行諧振，勵(lì)磁電流繼續(xù)給電容充、放電使得結(jié)電容上電壓以較大的諧振周期繼續(xù)振蕩上升，吸收電容上電壓繼續(xù)減小，但是由于吸收電容比結(jié)電容要大很多，因此諧振電流主要流經(jīng)吸收電容這就使得吸收電路對(duì)功率管有較好的吸收作用。

如果勵(lì)磁電感所儲(chǔ)藏的能量比較大，則功率管上的諧振電壓會(huì)超過410V的母線電壓，此時(shí)鉗位二極管VD27、VD32將導(dǎo)通將其電壓鉗在410V勵(lì)磁電感中的能量將直接回饋到直流母線，而吸收電容C22、C23上的電壓也會(huì)放到零電位。當(dāng)勵(lì)磁電流振蕩到零之后由于結(jié)電容上電壓的作用又會(huì)反向振蕩，勵(lì)磁電感上電流反向增大，功率管上電壓諧振減小，變壓器原邊電壓由負(fù)電壓逐漸回升，當(dāng)其電壓達(dá)到零之后如果繼續(xù)振蕩下去，變壓器原邊會(huì)出現(xiàn)正電壓，而功率管又處于關(guān)斷無法向副邊提供能量，因此這個(gè)振蕩能量會(huì)立即被吸收到副邊，使得原邊諧振電路處于最終的穩(wěn)定態(tài)。

此時(shí)上下功率管上電壓為205V的均分電壓并一直保持到下個(gè)周期管子再次開通。階段6原邊關(guān)斷。負(fù)載電流通過續(xù)流二極管續(xù)流。

至此一個(gè)完整的工作周期結(jié)束。

波形不對(duì)稱產(chǎn)生的原因

上面是對(duì)這個(gè)電路的理想分析，上下功率管上的DS波形應(yīng)該是完全對(duì)稱的。但是實(shí)際上由于器件參數(shù)的離散性、上下管的驅(qū)動(dòng)、布線的不一致性會(huì)導(dǎo)致上下功率管DS波形會(huì)有較大偏差，表現(xiàn)為一個(gè)管子（比如說下管）關(guān)斷時(shí)其DS上電壓早就上升并鉗位在母線電壓而此時(shí)上管的諧振包絡(luò)線還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到母線電壓。如下圖2所示：

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的最簡單直觀解釋就是從管子關(guān)斷開始流經(jīng)上下諧振支路的電流不一樣，而這種區(qū)別產(chǎn)生的原因來自于上下功率管由于關(guān)斷時(shí)間的不一致，即當(dāng)一個(gè)管子上電流已經(jīng)衰減到零時(shí)而另外一個(gè)管子上還有電流。這樣上下兩個(gè)諧振支路上電容就會(huì)積累不同的電荷產(chǎn)生不同的電壓這樣自然會(huì)導(dǎo)致上下管的諧振波形不一致。為了證實(shí)這點(diǎn)將上下兩個(gè)管子關(guān)斷時(shí)的DS波形拍下做個(gè)對(duì)比(圖3)

其中上面的波形對(duì)應(yīng)下管的關(guān)斷、下面的波形對(duì)應(yīng)上管的關(guān)斷。從波形可以看出下管的關(guān)斷的確比上管要快。為了繼續(xù)驗(yàn)證，將驅(qū)動(dòng)變壓器的兩組驅(qū)動(dòng)做了上下調(diào)換，從試驗(yàn)看出上下管的DS波形幾乎完全對(duì)稱，通過在下管驅(qū)動(dòng)反抽回路里適當(dāng)?shù)卮?lián)一個(gè)小電阻以減低其關(guān)斷速度也可以得到同樣的結(jié)果，其波形如圖4所示。至此已經(jīng)可以說是功率管由于關(guān)斷時(shí)間的不一致而導(dǎo)致了上下管波形的不對(duì)稱。

波形不對(duì)稱問題的解決方法

這種現(xiàn)象對(duì)于電路的正常工作產(chǎn)生的影響在于：如果波形嚴(yán)重不對(duì)稱會(huì)導(dǎo)致上下功率管關(guān)斷時(shí)其DS結(jié)電容上積累的能量相差很大，能量小的那一路鉗位二極管根本就不參與工作，而能量大的那一路卻有很長時(shí)間會(huì)通過鉗位二極管向直流母線回饋能量導(dǎo)致其二極管溫度高可靠性下降嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞二極管，因此有必要將其不對(duì)稱性降低到一定范圍內(nèi)。

解決方法是：盡量調(diào)整使得上下管的關(guān)斷時(shí)間一致。因此在PCB布線時(shí)上下管走線要盡量對(duì)稱、繞制變壓器時(shí)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)繞組要盡量一致。而在PCB板、驅(qū)動(dòng)變壓器、驅(qū)動(dòng)參數(shù)都已既定的條件下，其不對(duì)稱性也定了比如說都是下管電壓高而上管電壓低只是不對(duì)稱的程度稍有區(qū)別，這時(shí)就可以在關(guān)斷速度快的那一路的驅(qū)動(dòng)反抽電路里串進(jìn)一個(gè)小電阻人為地將其關(guān)斷速度降低以達(dá)到與另外一路同步，但是這樣做會(huì)影響整機(jī)效率、使得功率管的溫升提高所以須折衷考慮。

有的也采取將變壓器勵(lì)磁電感加大的方法來解決這個(gè)問題，就本人理解這種方法沒有解決根本問題，這只是將勵(lì)磁能量加大，使得上下管的能量都積累到一定程度，使得鉗位二極管都導(dǎo)通，相當(dāng)于強(qiáng)制性地將波形拉對(duì)稱并沒有減輕鉗位二極管的負(fù)擔(dān)。而且漏感的相應(yīng)增大還會(huì)延長動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間。