双开关正激变换器(图1a)已经存在多年，它确实提供了一些好处，例如降低开关电压应力和消除变压器的复位绕组。缺点包括占空比有限(小于50%，实践中通常为47%至48%)和额外的高侧驱动器。双开关正激变换器应用于高功率变换器，其中添加高侧开关和驱动器抵消了低侧开关昂贵的缓冲器。此外，由于开关上的电压尖峰更少，泄漏电感中存储的能量可以恢复，并且热应力更小，因此这些高功率转换器的可靠性更高。然而，最近已经发明了更好的拓扑结构，最流行的是电压箝位正激变换器，如图1b所示。

这种拓扑结构为恢复泄漏电感中存储的能量和箝位主开关上的电压提供了一种很好的方案。此外，变压器自动复位，无需复位绕组。在拓扑结构的占空比上几乎没有限制，提供了在宽输入电压下优化转换器设计的自由，这在电信和数据通信应用中都很常见。所有这些都是以主开关上高于输入电压的应力为代价的。然而，它仍然明显小于具有复位绕组的传统正激变换器。因此，箝位电压正激变换器广泛应用于DC-DC变换器和板载电源模块设计中。

图1 a 双开关正激变换器

图1 b 电压钳位正激变换器

具有谐振复位的单开关正激变换器(也消除了复位绕组的使用)在低功率(20W或以下)隔离DC/DC变换器模块中得到应用，主要是因为其简单的电路结构和低成本。

下面是双开关正激变换器和电压钳位正激变换器的比较，通过一个设计实例，从电压应力、输入有效值电流、MOSFET导通损耗、输出电感和高侧MOSFET驱动方案等方面进行比较。以下是设计示例的规格:

输入电压:35VDC ~ 75VDC
输出电压:3.3VDC
最大输出电流:40安培
开关频率:300kHz

电压应力

双开关正激变换器开关上的电压应力总是等于输入电压。对于电信市场，输入电压范围为36VDC至72VDC，标称电压约为48VDC至60VDC。因此，具有100v额定V(DS)的MOSFET足以完成这项工作。另一方面，电压钳位正激变换器的V(DS)要求为150V(采用80%降额设计规则)，如图2曲线所示(本设计中最大占空比为75%)。

图2 电压钳位正激变换器对输入电压的最大V(DS)

输入均方根电流

图3给出了两个变换器的输入RMS电流，其中很明显，电压钳位正激变换器的输入RMS电流较低。这意味着初级电路的传导损耗较低，稍后将会看到。

图3 输入(a)双开关正激变换器和(b)电压钳位正激变换器的有效值电流

开关的传导损耗

图4给出了两个变换器的传导损耗。很明显，假设主开关的导通电阻与双开关正变换器中两个开关的和相同，电压钳位正变换器提供更低的导通损耗。

图4 (a)双开关正激变换器和(b)电压钳位正激变换器中开关的导通损耗

电压钳位正激变换器提供较低的传导损耗，因为没有占空比限制，可以正确复位变压器。因此，对于给定的输入电压，变换器可以设计成在较大的占空比下工作，从而产生较大的变压器初级匝数与次级匝数比。因此，一次侧的峰值电流较小，有效值电流也较小。因为Q2仅用于箝位主开关(Q1)的电压，Q2的传导损耗可以忽略不计。

电感值

设计输出电感的一个好的经验法则是，在标称输入电压下，将电感纹波电流设计为额定输出电流的20%至30%。在这种情况下，标称输入电压为48VDC。若采用20%，则双开关正激变换器的输出电感为:

L = 0.97µH。同样，电压钳位正激变换器的输出电感仅为0.723µH，相差25% !原因很明显:电压钳位正激变换器工作在更大的占空比下，因此与双开关正激变换器相比，空占比更小。因此，对于相同的输出纹波电流，需要更小的电感。

高侧MOSFET的驱动方案

对于双开关正激变换器，需要高侧驱动器。然而，对于电压钳位正激变换器，高侧驱动器是不必要的。这是因为如果我们可以稍微不同地重新排列电路，则可以使用p沟道MOSFET，如图5所示。这是一种在电信应用中非常流行的原理图，特别是对于输入电压小于100VDC的情况。

图5 带p沟道箝位MOSFET的电压箝位正激变换器

结论

对于目前的MOSFET技术，从100V到150V的R(ON)差不足以利用在48V应用的双开关正激变换器中使用低v (DS) MOSFET的优势。双开关拓扑的占空比限制(<0.5)是限制设计优化的主要原因。因此，电压钳位正激变换器仍然是48V应用的最佳选择。

Maxim的高度集成的MAX5003高压开关电源控制器具有成本效益的正演转换器所需的所有功能和构建模块。它被应用于电压钳位正激变换器，该变换器带有一个额外的双驱动器来驱动两个mosfet, Q1和Q2。MAX5003具有一些独特的优势，包括软启动、欠压锁定、外部频率同步和快速输入电压前馈。输入电压前馈的电压模式控制限制了最大占空比作为输入电压的函数，方便了暂态响应隔离变压器的设计。集成的高压内部启动电路在11V到110V输入范围内工作，大大减少了外部元件数量。带MAX5003控制器的电压钳位正激变换器的原理图如图6所示。

图6 采用MAX5003 PWM控制器和MAX627双MOSFET驱动器的电压钳位正激变换器原理图

2000年12月