在電子電路領(lǐng)域，雙管正激電路憑借其較高的可靠性，得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在雙管正激開關(guān)電源的調(diào)試過程中，后級 DC/DC 變換電路常采用無損吸收的雙管正激電路。這種形式的無損吸收電路，對改善上下功率管的開關(guān)軌跡有著較好的效果。接下來，我們將深入分析雙管正激電路的工作過程、波形不對稱產(chǎn)生的原因以及相應(yīng)的解決方法。
雙管正激電路的基本結(jié)構(gòu)如圖所示：

雙管正激電路工作過程分析

假設(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)。當(dāng)上下管子同時開通時，電路會經(jīng)歷以下幾個關(guān)鍵階段：

1. 階段 1：管子開通瞬間，其結(jié)電容放電到零。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，最終諧振結(jié)果是 C23、C22 上的電壓保持在 410V 的母線電壓。
2. 階段 2：上下管開通，變壓器原邊流過電流，開始向負載提供能量。
3. 階段 3：經(jīng)過占空比 D 的導(dǎo)通之后，功率管開始關(guān)斷。此時變壓器原邊仍流過負載電流，在關(guān)斷初期，這個負載大電流給 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，上管結(jié)電容上電壓與 C23 上電壓之和也為 410V，同時變壓器原邊繞組上電壓相應(yīng)下降。由于負載大電流的線性充放電作用，這個階段維持時間很短，最終上下管結(jié)電容、C22、C23 上電壓均為 205V 左右。
4. 階段 4：從這一時刻起，變壓器原邊電壓下降到零，副邊續(xù)流二極管開始導(dǎo)通，其電流逐漸增大，同時整流二極管上電流逐漸減小。在這一階段，整流與續(xù)流二極管同時導(dǎo)通，變壓器副邊電壓鉗位在零，而在變壓器原邊勵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)原邊電流由負載電流諧振下降到勵磁電流后，副邊整流二極管關(guān)斷，結(jié)束換流。但由于二極管的反向恢復(fù)，原邊漏感上還會出現(xiàn)幾個周期的反復(fù)振蕩，一直到整流二極管完全關(guān)斷。此時變壓器原邊只流過勵磁電流，且這段時間非常短，所以勵磁電流幾乎沒有衰減。
5. 階段 5：此時變壓器原邊勵磁電感與結(jié)電容、吸收電容進行諧振，勵磁電流繼續(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。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功率管有較好的吸收作用。如果勵磁電感所儲藏的能量比較大，功率管上的諧振電壓會超過 410V 的母線電壓，此時鉗位二極管 VD27、VD32 將導(dǎo)通，將其電壓鉗在 410V，勵磁電感中的能量將直接回饋到直流母線，而吸收電容 C22、C23 上的電壓也會放到零電位。當(dāng)勵磁電流振蕩到零之后，由于結(jié)電容上電壓的作用又會反向振蕩，勵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電壓逐漸回升。當(dāng)其電壓達到零之后，如果繼續(xù)振蕩下去，變壓器原邊會出現(xiàn)正電壓，而功率管又處于關(guān)斷狀態(tài)，無法向副邊提供能量，因此這個振蕩能量會立即被吸收到副邊，使得原邊諧振電路處于最終的穩(wěn)定態(tài)。此時上下功率管上電壓為 205V 的均分電壓，并一直保持到下個周期管子再次開通。
6. 階段 6：原邊關(guān)斷，負載電流通過續(xù)流二極管續(xù)流。至此，一個完整的工作周期結(jié)束。

波形不對稱產(chǎn)生的原因

在理想情況下，上下功率管上的 DS 波形應(yīng)該是完全對稱的。但實際上，由于器件參數(shù)的離散性、上下管的驅(qū)動以及布線的不一致性，會導(dǎo)致上下功率管 DS 波形出現(xiàn)較大偏差。例如，可能會出現(xiàn)一個管子（如下管）關(guān)斷時，其 DS 上電壓早就上升并鉗位在母線電壓，而此時上管的諧振包絡(luò)線還遠遠沒有達到母線電壓，如圖所示：

這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是，從管子關(guān)斷開始，流經(jīng)上下諧振支路的電流不一樣。這是因為上下功率管關(guān)斷時間不一致，當(dāng)一個管子上電流已經(jīng)衰減到零，而另一個管子上還有電流。這樣，上下兩個諧振支路上電容就會積累不同的電荷，產(chǎn)生不同的電壓，從而導(dǎo)致上下管的諧振波形不一致。為了證實這一點，我們將上下兩個管子關(guān)斷時的 DS 波形拍下進行對比。從波形可以看出，下管的關(guān)斷的確比上管要快。我們還將驅(qū)動變壓器的兩組驅(qū)動做了上下調(diào)換，試驗結(jié)果表明上下管的 DS 波形幾乎完全對稱。此外，通過在下管驅(qū)動反抽回路里適當(dāng)?shù)卮?lián)一個小電阻以減低其關(guān)斷速度，也可以得到同樣的結(jié)果，其波形如圖所示。由此可以確定，功率管由于關(guān)斷時間的不一致而導(dǎo)致了上下管波形的不對稱。

波形不對稱問題的解決方法

波形嚴重不對稱會對電路的正常工作產(chǎn)生不良影響。如果上下功率管關(guān)斷時其 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間會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，嚴重時會損壞二極管。因此，有必要將其不對稱性降低到一定范圍內(nèi)。
解決方法主要有以下幾種：
首先，在 PCB 布線時，上下管走線要盡量對稱，繞制變壓器時兩個驅(qū)動繞組要盡量一致，以盡量調(diào)整使得上下管的關(guān)斷時間一致。而在 PCB 板、驅(qū)動變壓器、驅(qū)動參數(shù)都已既定的條件下，若存在不對稱性（例如下管電壓高而上管電壓低，只是不對稱的程度稍有區(qū)別），可以在關(guān)斷速度快的那一路的驅(qū)動反抽電路里串進一個小電阻，人為地將其關(guān)斷速度降低，以達到與另外一路同步。但需要注意的是，這樣做會影響整機效率，使得功率管的溫升提高，所以需要折衷考慮。
還有一種方法是將變壓器勵磁電感加大。不過，從專業(yè)角度理解，這種方法并沒有解決根本問題。它只是將勵磁能量加大，使得上下管的能量都積累到一定程度，讓鉗位二極管都導(dǎo)通，相當(dāng)于強制性地將波形拉對稱，但并沒有減輕鉗位二極管的負擔(dān)。而且，漏感的相應(yīng)增大還會延長動態(tài)轉(zhuǎn)換時間。