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(jí) 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(duì)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(duì)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(shí)開通時(shí)，電路會(huì)經(jīng)歷以下幾個(gè)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(fù)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(shí)變壓器原邊仍流過負(fù)載電流，在關(guān)斷初期，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，上管結(jié)電容上電壓與 C23 上電壓之和也為 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，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(shí)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(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，且這段時(shí)間非常短，所以勵(lì)磁電流幾乎沒有衰減。
5. 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。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，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)斷狀態(tài)，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。
6. 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

在理想情況下，上下功率管上的 DS 波形應(yīng)該是完全對(duì)稱的。但實(shí)際上，由于器件參數(shù)的離散性、上下管的驅(qū)動(dòng)以及布線的不一致性，會(huì)導(dǎo)致上下功率管 DS 波形出現(xiàn)較大偏差。例如，可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)管子（如下管）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?yàn)樯舷鹿β使荜P(guān)斷時(shí)間不一致，當(dāng)一個(gè)管子上電流已經(jīng)衰減到零，而另一個(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，從而導(dǎo)致上下管的諧振波形不一致。為了證實(shí)這一點(diǎn)，我們將上下兩個(gè)管子關(guān)斷時(shí)的 DS 波形拍下進(jìn)行對(duì)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(dòng)變壓器的兩組驅(qū)動(dòng)做了上下調(diào)換，試驗(yàn)結(jié)果表明上下管的 DS 波形幾乎完全對(duì)稱。此外，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，其波形如圖所示。由此可以確定，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

波形嚴(yán)重不對(duì)稱會(huì)對(duì)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(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(zhǎng)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)。
解決方法主要有以下幾種：
首先，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，以盡量調(diào)整使得上下管的關(guān)斷時(shí)間一致。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，若存在不對(duì)稱性（例如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），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。但需要注意的是，這樣做會(huì)影響整機(jī)效率，使得功率管的溫升提高，所以需要折衷考慮。
還有一種方法是將變壓器勵(lì)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(lì)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(qiáng)制性地將波形拉對(duì)稱，但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(zhǎng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間。