在開關(guān)變換電源電路中，將諧振型變換開關(guān)元件的勵(lì)振、驅(qū)動(dòng)方法定義為兩類,，即把設(shè)置有專用的勵(lì)振和驅(qū)動(dòng)電路方式叫作它激勵(lì)振,、驅(qū)動(dòng)；把利用變壓器反饋電路實(shí)現(xiàn)的勵(lì)振,、驅(qū)動(dòng)方式叫作自激勵(lì)振,、驅(qū)動(dòng)。這里闡述利用正交型變壓器PRT反饋電路構(gòu)成的自激勵(lì)振方式電壓諧振型軟開關(guān)變換電源技術(shù),。

　　1 正交型變壓器的控制技術(shù)

　　對(duì)于自激勵(lì)振方式諧振型變換器的控制技術(shù),，尤其重要的是采用各種鐵氧體磁心的正交型變壓器PRT。圖1是PRT構(gòu)造和電感特性及電路圖形符號(hào),。其中,，圖1(a)為舊單口型鐵氧體磁心PRT；圖1(b)為新雙口型鐵氧體磁心PRT,；圖1 (c)為PRT電路符號(hào),。比較它們的形狀和電感特性后得知，新雙口型PRT的磁路長度比舊單口型的磁路長度延長,，磁阻增加,。由于主線圈N的電感量Ln和控制線圈Nc的直流控制電流Ic的變化，使新雙口型的Ln變化幅度和線性范疇都擴(kuò)大了,。

　　在圖2中設(shè)控制線圈Nc流過直流Ic時(shí)產(chǎn)生的磁通為φc,、主線圈N1或N2上流過交流電流I1時(shí)產(chǎn)生的磁通為φ1。若圖2(a)中箭頭方向?yàn)檎?，則在磁路 A和D上的磁通φc和φ1方向相反,，磁通為φ1-φc；而在磁路B和C上的磁通φc和φ1方向相同,，磁通為φ1+φc,。圖2(b)中主線圈N1加載到磁路 B和D上的B-H曲線，相當(dāng)于被Lc的變化而調(diào)制的磁滯曲線,。由于加載到線圈Nc磁路A,，B上的φ1感生電壓互相抵消，在Nc上不產(chǎn)生交流電壓,，所以 PRT的電流Ic信號(hào)就可以作為控制磁路B和D上的磁通量,，把它作為可控電感元件，實(shí)現(xiàn)諧振型變換器的控制技術(shù),。圖2(c)為這種PRT的電路符號(hào),。

　　2 自激勵(lì)振方式電壓諧振型變換器

　　開關(guān)元件在斷開時(shí)，加在開關(guān)元件上的電壓波形是LC諧振時(shí)產(chǎn)生的正弦波電壓,，也稱之為電壓諧振,。利用電壓諧振型變換器VRC電路和PRT的組合,，可以構(gòu)成各式軟開關(guān)變換電源。常用的自激勵(lì)振方式VRC的控制方式有如下幾種：

　　2．1 并聯(lián)諧振頻率控制方式

　　圖3為單管自激勵(lì)振方式VRC的并聯(lián)諧振頻率f0控制方式的開關(guān)變換電源電路,。圖3(a)為電路圖,，圖3(b)為控制特性圖，圖3(c)為工作波形圖,。

　　圖3(a)中PRT的結(jié)構(gòu)如圖2所示,，線圈N1與脈沖電流轉(zhuǎn)換器PCC的電感Ls串聯(lián)后，再與并聯(lián)電路(包括VCBO>1 200 V的耐高壓BJT管Q1,、續(xù)流二極管D1,、并聯(lián)諧振電容Cr)串聯(lián)。另外,，有中心抽頭的全波整流線圈N2與諧振電容Cs并聯(lián),。

　　圖中自激勵(lì)振電路由下述元件和小電路構(gòu)成,，如啟振電阻Rs,，串聯(lián)諧振電路(包括繞有1匝線圈的脈沖電流轉(zhuǎn)換器PCC、限流電阻RB,、定時(shí)電感LB,、定時(shí)電容CB)，并聯(lián)電路(包括箝位二極管DB,，Q1的基極一發(fā)射極),。由此可知，這個(gè)自激勵(lì)振,、驅(qū)動(dòng)電路的工作波形是低噪聲,、正弦波波形。

　　另外,，在RB較小時(shí)．開關(guān)變換頻率fS由LB和CB的串聯(lián)諧振值決定,，見式(1)：

　　為了表示VRC電路的諧振頻率fo和輸出直流電壓Eo，在Eo端接上負(fù)載電阻RL后,，分別設(shè)N1,，N2的電感值為L1，L2,；匝數(shù)比為n=L1／L2,；濾波電解電容Ci兩端電壓為Ei，則等效電路的導(dǎo)出解析式結(jié)果fo及Eo,。見式(2),，式(3)：

　　由式可知，若固定fs,，控制PRT的可變電感L1,，就可控制諧振頻率fo和輸出電壓Eo,。設(shè)fo>fs，ω=2πfs,，則如圖3(b)所示,，依據(jù)PRT控制原理，若控制Ic,，就能穩(wěn)定輸出電壓Eo的值,。

　　當(dāng)Q1截止時(shí)，產(chǎn)生的集一射間脈沖電壓Vcp是L1+L2和Cr的并聯(lián)諧振電壓,，其峰值是Ei的5～6倍,，但Q1瞬斷時(shí)的開關(guān)變換損耗較小。當(dāng)負(fù)載功率 Po="180" W,，交流輸入電壓VAC=220 V,，F(xiàn)S=50 kHz時(shí)，可以得到AC-DC的電能變換效率為ηAC-DC=83％,。從Ci端PRT的勵(lì)磁電流I1和N2側(cè)Cs的兩端交流電壓V2的工作波形可以看到,，其基本上接近光滑的正弦波狀，可以達(dá)到低噪聲,，滿足實(shí)用的目的,。

　　2．2 諧振電壓脈沖寬度控制方式

　　在圖3中，PRT的主線圈N1,，N2是用φ100μm單線捆成40～50根的絞合線繞制而成,，它不但要保證鐵氧體磁芯的絕緣間隙，還會(huì)造成體積增大,。為了減少電路體積,，可以想到，如果控制PCC的電感量Ls,，也能對(duì)Eo進(jìn)行控制,。故將圖 3的PCC換成圖1的PRT，則用PIT一次側(cè)串接PRT的方式構(gòu)成了VRC,，如圖4所示,。圖4(a)為電路圖；圖4(b)為工作波形圖,。

　　這個(gè)電路的構(gòu)成原理是,，PRT和PIT的一次側(cè)有LR+L1和Cr的并聯(lián)諧振電路；二次側(cè)有N2電感L2和Cs的并聯(lián)諧振電路,。圖4中的V1和V2分別為兩組的并聯(lián)諧振脈沖電壓,。用電流驅(qū)動(dòng)變壓器CDT控制開關(guān)管Q1的斷合工作。由于控制了PRT的NR電感LR,，所以能夠控制諧振電路V1的脈沖寬度 △T1,，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓E0的目的,。電壓諧振波形如圖4(b)所示，圖中的工作參數(shù)為fs=110 kHz,，控制范疇為T1=3～4．5 μs,，控制寬度為△T1=1．5μs，電能效率為ηAC-DC=83％,。

　　另外,，除了圖4用PIT一次側(cè)連接PRT的脈沖寬度控制方式VRC之外，還有用PIT的二次側(cè)連接PRT的脈沖寬度控制方式VRC,，這個(gè)電路的構(gòu)成原理是,，PIT的一次側(cè)有L1和Cr、二次側(cè)N2有電感L2+LR和Cs的這兩組并聯(lián)諧振電路,。對(duì)于Eo的穩(wěn)壓,，由于控制PRT的NR電感LR，所以能夠控制二次側(cè)諧振電壓V2的脈沖寬度△T2,。用PIT二次側(cè)連接PRT的脈沖寬度控制方式VRC的典型工作參數(shù)為fs=71．5 kHz,，控制范疇T2=7～12μs，控制寬度△T2=5μs,。

　　上述兩種諧振電壓脈沖寬度控制方式電路都不需要PRT的主線圈NR,、控制線圈NC和磁芯間的距離,，所以可以使之小型化,。另外，上述的VRC是最大負(fù)載功率 Pomax≥150 W的情況,，在AC輸入電壓VAC=220 V時(shí),，為了確保開關(guān)元件Q1，PIT和PRT的可靠性,，輸入整流濾波電路幾乎都設(shè)計(jì)成全橋整流方式,。

　　由于供給VRC電路的直流輸入電壓Ei較高，伴隨著VAC↑→Ei↑,，則變壓器一次側(cè)的諧振電流↓,，Q1和Cr上的電壓諧振脈沖電壓Vcp↑，其Vcp可高達(dá)1 500 V以上,。所以,，Q1和Cr要采用大于1 800 V耐高壓的元件，并且還要對(duì)Q1的飽和壓降VCE(SAT),、下降時(shí)間tf及高頻特性的大小有所限制,。因此，對(duì)上述電路進(jìn)行改進(jìn),，得到如圖5所示的升壓型復(fù)合電壓控制方式VRC,。

　　2．3 升壓型復(fù)合電壓控制方式

　　圖5(a)由PIT的三次線圈N3,、升壓二極管DB、主繞組有抽頭的PRT(主繞組NR分為分為NR'和NR"線圈,；NR'為升壓控制線圈,；NR"為諧振電壓脈沖幅度控制線圈)、濾波電解電容Ci構(gòu)成了升壓型復(fù)合電壓控制方式VRC,。這就是用1組控制電路,，同時(shí)能夠控制升壓EB和并聯(lián)諧振脈沖電壓幅度 Vcp，并達(dá)到Eo穩(wěn)定的復(fù)合電壓控制方式VRC,。

　　設(shè)DB的正向?qū)妷簽閂F,，PRT主繞組NR的總電感量為LR，PIT的一次線圈N1的電感量為L1,，則從Ei和一次測(cè)VRC得到的升壓電壓EB,，如式(4)表示。

　　式中：設(shè)NR"+N3=1．2N1,；可變電感LR=0．2L1～1．2L1,；EB為Ei～2Ei控制LR的變化，就能夠得到2倍Ei值的電壓變化量,。當(dāng) NR'=NR"=14T時(shí),，LR的動(dòng)態(tài)控制范疇約為6倍。負(fù)載功率Pomax的工作波形如圖5(b)所示,。對(duì)于VAC和Pomax的變化關(guān)系,，如圖5 (c)所示Ei和EB的描繪曲線。根據(jù)這種控制方式,，控制EB就能使Eo穩(wěn)定,。隨著VAC的上升，控制PRT的LR增加,，讓Q1和Cr上的電壓諧振脈沖峰值Vcp固定為700 V左右,，所以Q1可采用VCBO<900 V的低壓器件。

　　電路典型參數(shù)：Pomax=180 W,，Pomin=60 W,，開關(guān)頻率為100 kHz，Ci=1 000μF／400 V,，Ci'=1 000μF／250 V,，Cr=6 800 pF，C2=0．01 μF,。在VAc=220 V時(shí),，效率達(dá)到ηAC-DC=86％，基本可實(shí)現(xiàn)高效率和輕小型結(jié)構(gòu),。這種VRC不但輸出功率大,，體積小,，重量輕，而且是一個(gè)控制效果相當(dāng)好的實(shí)用電路,。

　　3 結(jié) 語

　　該電路的綜合特點(diǎn)是：輸出功率高,，為Po>150 W；電能轉(zhuǎn)換效率高,，為ηAC-DC>83％,；容許輸入電壓變動(dòng)范圍寬，為VAC=220 V(-20 ％～+10％),，控制性能好,，應(yīng)用廠泛。

　　采用正交型變壓器PRT構(gòu)成的自激勵(lì)振方式軟開關(guān)變換電源技術(shù),，對(duì)于諧振方式,，不僅有電壓諧振型，還有電流諧振型,。對(duì)于DC輸出電壓的控制方式,，有并聯(lián)諧振頻率、諧振電壓脈沖寬度,、升壓型,、復(fù)合型等控制方式。但對(duì)于電流諧振型CRC(因與本題目不符,，加之篇幅有限,，故略)，還有開關(guān)變換頻率,、串聯(lián)諧振頻率等控制方式,。它們都是基于控制PRT電感量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)定輸出電壓Eo的自激勵(lì)振方式的諧振型軟開關(guān)變換電源技術(shù),。