LCD電感電容二極管無損復(fù)位電路工作原理是變壓器初級(jí)勵(lì)磁電感Lm兩端并聯(lián)復(fù)位電容Cr,，開關(guān)管S關(guān)斷后，Lm在激磁過程中存儲(chǔ)的能量全部轉(zhuǎn)移到Cr,，完成變壓器的磁通復(fù)位,。然后，Cr與一個(gè)復(fù)位電感Lr串聯(lián),，Lr與Cr組成諧振回路,，將Cr從Lm獲得的能量，再全部轉(zhuǎn)移到Lr,。如果Cr足夠大,，可以看作電壓源VCr。最后,，Lr連接到輸入電源Vin,，Lr從Cr獲得的能量全部返回到Vin，實(shí)現(xiàn)無損耗的磁通復(fù)位,。復(fù)位過程中,，能量轉(zhuǎn)移的路徑為：Lm-->Cr-->Lr--> Vin。

開關(guān)管S關(guān)斷時(shí),，Cr與Lm并聯(lián),，完成能量轉(zhuǎn)化和磁通復(fù)位；開關(guān)管S導(dǎo)通時(shí),，開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW（開關(guān)管漏極,、變壓器和Cr的共同連接點(diǎn)）連接到輸入電源的地，如果將Lr的上端與Cr的左端連接,，Lr的下端與輸入電源的地連接,，正好組成閉合的諧振回路。然后,，Lr的上端與Cr的左端一起連接到輸入電源的正端,，不但符合Lm與Cr并聯(lián)的連接關(guān)系，同時(shí)也滿足Lr連接到Vin的電路狀態(tài),，如圖1所示。

圖1  復(fù)位Cr與Lr的連接方式

圖1中的電路有如下問題：

（1）開關(guān)管S開通時(shí),，輸入電源將正向直接加到Cr兩端,，輸入電壓Vin與VCr電壓方向相反，Vin對Cr反向充電,，如果開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間長,，VCr電壓將反向，導(dǎo)致變壓器磁通無法復(fù)位,，系統(tǒng)不能正常工作,；輸入電壓Vin直接加到Lr,，形成對Lr的反向激磁,，導(dǎo)致Cr的能量無法向Lr轉(zhuǎn)換,，如圖2所示,。

圖2  輸入電源對Cr與Lr影響

（2）開關(guān)管S導(dǎo)通時(shí),，Cr與Lr諧振電流到峰值后下降到0,，再反向諧振，導(dǎo)致變壓器勵(lì)磁電感的能量無法回饋到輸入端,，磁通復(fù)位電路無法正常工作,，VCr電壓快速增加,，功率MOSFET管因?yàn)檫^壓產(chǎn)生損壞,。

二極管具有單向流過電流的特性，因此,，可以根據(jù)電流方向?qū)崿F(xiàn)元件相互之間的隔離,。開關(guān)管關(guān)斷后變壓器磁通復(fù)位時(shí)，iLm對Cr充電電流方向從右向左；開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),，Cr對Lr的激磁電流方向也就是Cr放電電流方向從左向右,，Cr的水平支路要流過二個(gè)方向的電流，因此，二極管不能串聯(lián)在Cr的水平支路。

如果在Lr的上端及Cr的左端的共同連接點(diǎn)與輸入電源Vin之間串聯(lián)一個(gè)二極管D3,，D3的方向向上,，這樣就可以消除問題1的影響,。同時(shí),，D3既不會(huì)影響變壓器磁通復(fù)位過程中iLm對Cr充電（D3的方向與iLm對Cr充電電流的方向一致），也不會(huì)影響Lr向輸入電源回饋能量（D3的方向與Lr向輸入電源回饋能量的電流方向一致）,，如圖3所示,。

圖3  復(fù)位電路增加二極管

Lr串聯(lián)一個(gè)二極管D4，D4的方向向上,，這樣就可以消除問題2的影響,。同時(shí)，D4既不會(huì)影響開關(guān)管導(dǎo)通期間Cr中存儲(chǔ)的能量向Lr轉(zhuǎn)換（D4的方向與Cr對Lr激磁的電流方向一致）,，也不會(huì)影響Lr向輸入電源回饋能量（D4的方向與Lr向輸入電源回饋能量的電流方向一致）,。另外，D4限制Lr與Cr只能完成正半周期的諧振過程（Lr與Cr諧振電流只能順時(shí)針流動(dòng),，無法反向,，不能逆時(shí)針流動(dòng)），防止在異常情況下,，Lr對Cr反向充電,。

完整復(fù)位電路與工作波形，如圖4,、圖5所示,，LCD電感電容二極管無損復(fù)位電路正激變換器整個(gè)工作過程有7個(gè)狀態(tài),。

圖4  LCD復(fù)位電路

圖5  LCD復(fù)位電路工作波形

（1）狀態(tài)1：t0-t1階段

圖6 工作狀態(tài)1

開關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出整流管D1導(dǎo)通,，輸出續(xù)流管D2關(guān)斷,，iLm與輸出電感電流iL都處于激磁狀態(tài)，iLm與iL隨時(shí)間線性增加,。

同時(shí)：

Cr,、Lr通過D4與導(dǎo)通的開關(guān)管S形成諧振回路，VCr方向左負(fù)右正,，Cr與Lr在諧振過程中,，Lr激磁，存儲(chǔ)能量,，iLr方向從下到上,；Cr放電，釋放在變壓器磁通復(fù)位過程中存儲(chǔ)的能量,。

（2）狀態(tài)2：t1-t2階段

圖7 工作狀態(tài)2

開關(guān)管S關(guān)斷后,，在這段時(shí)間內(nèi)，變壓器的勵(lì)磁電感Lm與開關(guān)節(jié)點(diǎn)的寄生電容（開關(guān)管的輸出寄生電容,、變壓器初級(jí)寄生電容與復(fù)位二極管的寄生電容之和）諧振,。由于這段時(shí)間非常短，初級(jí)電流非常大,，等于變壓器的勵(lì)磁電感的激磁電流iLm與輸出負(fù)載反射電流之和,，可以等效為初級(jí)電流對開關(guān)節(jié)點(diǎn)的寄生電容充電，寄生電容的電壓VDS在初級(jí)電流作用下隨著時(shí)間上升,，iLm繼續(xù)增加,。VDS增加到Vin后，D1關(guān)斷,，D2導(dǎo)通續(xù)流,，iLm達(dá)到最大值ILm(max)。

變壓器初級(jí)寄生電容,、復(fù)位二極管的寄生電容與Coss相比可以忽略,，開關(guān)節(jié)點(diǎn)總電容近似等于Coss。

開關(guān)管S關(guān)斷后,，Lr通過D4與電容Cr,、Coss形成諧振回路，在諧振過程中,，Lr繼續(xù)激磁,，存儲(chǔ)能量，Cr繼續(xù)放電,，釋放在變壓器磁通復(fù)位過程中存儲(chǔ)的能量,。

（3）狀態(tài)3：t2-t3階段

圖8 工作狀態(tài)3

D1關(guān)斷后,，輸出負(fù)載電流不再反射到變壓器的初級(jí)，這段時(shí)間內(nèi),，Lm與Coss繼續(xù)諧振,，Lm兩端為負(fù)壓，iLm略微有下降,，由于時(shí)間非常短,，可以認(rèn)為iLm保持ILm(max)恒定不變，VDS在iLm作用下隨著時(shí)間繼續(xù)上升,，在t3時(shí)刻,，VDS增加到等于Vin+VCr時(shí)，D3開通,。

Lr繼續(xù)與電容Coss、Cr諧振,，在諧振過程中,，Lr繼續(xù)激磁，存儲(chǔ)能量,，Cr繼續(xù)放電,，釋放在變壓器磁通復(fù)位過程中存儲(chǔ)的能量。

D2導(dǎo)通續(xù)流,，輸出電壓Vo反向加在輸出電感的兩端,，輸出電感去磁，iL隨著時(shí)間線性下降,。后面的階段,，輸出回路都維持輸出電感去磁的過程，直到下一個(gè)開關(guān)周期開始,。

這一階段時(shí)間起點(diǎn)從ton開始,，當(dāng)t=ton，iL=IL(max),，得到：

（4）狀態(tài)4：t3-t4階段

圖9 工作狀態(tài)4

D3開通后,，Lm通過D3與電容Coss+Cr形成諧振回路，在諧振過程中,，復(fù)位電容的電壓VCr反向加在Lm兩端（VCr電壓方向與iLm電流方向相反）,，Lm在VCr作用下反向去磁，iLm隨時(shí)間諧振下降,，VDS隨時(shí)間諧振增加,。

D3開通后，Lr通過D3,、D4連接到Vin,，Vin反向加在Lr兩端,，Lr去磁，iLr隨時(shí)間線性下降,，將其存儲(chǔ)的能量回饋到輸入電源,。

Lm電感值通常較小，在t4時(shí)刻,，iLm先下降到0,，此時(shí)，iD3=iD4,，Lm存儲(chǔ)的能量全部轉(zhuǎn)移到電容Coss+Cr,，VDS諧振到最大值。

（5）狀態(tài)5：t4-t5階段

圖10 工作狀態(tài)5

iLm下降到0后,，D3,、D4保持導(dǎo)通，Lr在Vin反向作用下繼續(xù)去磁,，iLr隨時(shí)間線性下降,，將其存儲(chǔ)的能量繼續(xù)回饋到輸入電源。

Lm通過D3與電容Coss+Cr形成諧振回路反向諧振,，iLm隨時(shí)間反向諧振上升,，VDS隨時(shí)間諧振下降。iCr電流反向,，從上一個(gè)階段的從右向左,，變?yōu)閺淖笙蛴遥琲Cr從0開始增加,，iD3,、iD4電流繼續(xù)下降，保持如下關(guān)系：

在t5時(shí)刻,，iD3下降到0,，D3自然關(guān)斷，iCr=iLr,。

（6）狀態(tài)5：t5-t6階段

圖11 工作狀態(tài)6

D3關(guān)斷后,，Lr與電容Coss、Cr形成諧振回路,，Lm與電容Coss形成諧振回路,，iLr隨時(shí)間繼續(xù)諧振下降，iLm隨時(shí)間繼續(xù)反向諧振上升,，VDS隨時(shí)間繼續(xù)諧振下降,，在t6時(shí)刻，iLr（iD4）下降到0，D4自然關(guān)斷,。

（7）狀態(tài)6：t6-t7階段

圖12 工作狀態(tài)7

D4關(guān)斷后,，Lm與電容Coss諧振，VDS諧振降低,，iLm諧振反向增加,，iLm增加到負(fù)最大值-ILm(0)，VDS諧振降低到Vin,，然后,，VDS維持Vin不變，iLm維持負(fù)的最大值-ILm(0)不變,，直到下一個(gè)開關(guān)周期開始,，iLm從負(fù)的最大值-ILm(0)開始，隨著時(shí)間線性上升,。

如果Lr值過大,，下一個(gè)開關(guān)周期開始，其電流仍然不會(huì)諧振下降到0,，Lr工作在連續(xù)電流模式,，降低系統(tǒng)效率。Lr值過小,，在開關(guān)管導(dǎo)通期間，iLr電流過峰值后降低,，存儲(chǔ)在Lr能量會(huì)返回到Cr,，嚴(yán)重時(shí)Lr電流過峰值后降低到0，導(dǎo)致稀土無法磁通復(fù)位,。

正激變換器LCD復(fù)位,，勵(lì)磁電感會(huì)進(jìn)行輕微的反向激磁，工作在第3象限,，即：iLm變?yōu)樨?fù)值且其絕對值較小,。這種復(fù)位方式優(yōu)點(diǎn)是占空比可以大于0.5，適用于寬的輸入電壓范圍的地方,，同時(shí),，電路結(jié)構(gòu)簡單，成本相對不高,。開關(guān)管的電壓被鉗位,，電壓尖峰降低，開關(guān)管電壓應(yīng)力降低,。變壓器勵(lì)磁電感以及漏感的能量通過復(fù)位電路返回到輸入電源,，沒有損耗，系統(tǒng)的效率高,。缺點(diǎn)是需要一個(gè)額外的電感Lr,，Lr與Cr諧振電流增加開關(guān)管的導(dǎo)通損耗,，影響系統(tǒng)效率。增加一個(gè)額外二極管,，除了產(chǎn)生導(dǎo)通損耗,，還會(huì)產(chǎn)生漏電流損耗，也會(huì)增加成本,，要選擇漏電流小的二極管管,。系統(tǒng)工作開關(guān)頻率高時(shí)，Lr與Cr諧振電流增加,，損耗增加,，同時(shí)，需要選擇合適電感值,，保證電路正常工作,。因此，這種復(fù)位方式主要用于中等功率,、頻率不太高的應(yīng)用,。