0、有源鉗位正激變換器復位原理
正激變換器RCD復位電路中，開關管關斷后，變壓器初級勵磁電感Lm在激磁過程中存儲的能量全部轉移到并聯復位電容Cr，在每個開關周期，Cr從Lm獲得的能量通過與Cr并聯的復位電阻Rr將這些能量消耗掉。如果將復位二極管D3換成復位功率MOSFET管S2，去掉Rr，變壓器初級勵磁電感的電流iLm過0后，鉗位管S2仍然保持開通狀態，Cr與Lm反向諧振，Lm反向激磁，將Cr在每個開關周期增加能量全部反向存儲在Lm，開關管S1開通后，反向存儲在Lm的能量就可以返回到輸入電源。
(a) 二極管換為開關管，去掉Rr
(b) Lm反向激磁
圖1 ?從RCD復位到有源鉗位
在復位過程中，Lm與Cr的諧振包括正諧振周期，還有負諧振周期。復位過程中，能量轉移的路徑為：Lm-->Cr-->Lm(反向)-->Vin。
上管有源鉗位使用N溝道功率MOSFET管，如果把鉗位電容放到下面，這時使用P溝道功率MOSFET管，放到下端，構成下管有源鉗位，兩者工作原理相同。高壓應用通常采用上管有源鉗位，N溝道功率MOSFET管的源極電壓在高壓與地之間高頻切換變化，上管的柵極需要自舉浮驅。因為高壓P溝道功率MOSFET管導通電阻大、成本高，型號少，高壓應用很少使用下管有源鉗位電路。中低壓應用，如48V輸入，通常采用下管有源鉗位，P溝道功率MOSFET管源極電壓為地，可以直接驅動，系統電路結構簡單，成本低。
圖2 ?N溝道上管有源鉗位
圖3 ?P溝道下管有源鉗位
1、有源鉗位正激變換器工作過程
有源鉗位（復位）正激變換器工作過程有8個工作狀態，分別介紹如下。
（1）狀態式1：t0-t1階段
(a) 勵磁電感為負電流
(b) ?勵磁電感變為正電流
圖4 ?有源鉗位工作狀態1
在t=t0時刻，開關周期開始，開關管S1導通，輸出整流管D1導通，輸出續流管D2關斷，變壓器初級電壓為Vin，Lm正向激磁，勵磁電感電流iLm從初始負電流開始，隨時間絕對值降低，從第1象限向第3象限過渡。
其中，ILm(0)為iLm的初始值。在t0-t1中間某時刻，iLm絕對值降低到0，iLm從負電流變為正電流。
輸出電感兩端為正電壓，輸出電感正向激磁，電感電流iLo隨時間線性增加。
其中，ILo(min)為iLo的初始值。
在t=t1時刻開關管關斷。
（2）狀態式2：t1-t2階段
圖5 ?有源鉗位工作狀態2
開關管關斷后，Lm與開關節點的寄生電容Coss諧振，開關節點電壓VDS隨著時間諧振上升，iLm繼續諧振增加。初級電流等于變壓器初級勵磁電感的最大激磁電流ILm(max)與輸出負載反射電流之和，此電流非常大，因此，這個階段時間非常短，諧振過程可以等效為初級總電流對復位電容充電，VDS隨著時間線性上升，iLm隨著時間線性上升到最大值ILm(max)。
開關節點的寄生電容為開關管S1輸出寄生電容Coss1、鉗位開關管S2輸出寄生電容Coss2、變壓器初級寄生電容之和，Coss1、Coss2遠大于變壓器初級寄生電容，因此，開關節點的寄生電容Coss近似等于Coss1+Coss2。
電容Coss1充電，Coss2放電，可以得到：
在t=t2時刻，VDS增加到Vin，VN1=0V，D1關斷，D2導通續流，iLm達到最大值ILm(max)。
（3）狀態3：t2-t3階段
圖6 ?有源鉗位工作狀態3
VDS增加到Vin，D1關斷后，輸出負載電流不再反射到變壓器的初級，Lm與Coss繼續諧振，Lm兩端變為負壓，VDS隨著時間繼續諧振上升，iLm諧振下降。
諧振過程中：
因此：
其中：
D2導通續流，輸出電壓Vo反向加在輸出電感的兩端，輸出電感去磁，iLo隨著時間線性下降。后面階段，輸出回路都維持輸出電感去磁的過程，一直持續到下一個開關周期開始。
在t3時刻，VDS增加到等于Vin+VCr，鉗位開關管S2的體寄生二極管導通。
（4）狀態4：t3-t4階段
(a) 鉗位開關管體二極管導通
(b) 鉗位開關管S2導通
圖7 ?有源鉗位工作狀態4
VDS增加到Vin+VCr，鉗位開關管S2的體寄生二極管導通，Lm與Cr+Coss1諧振。工程計算時，可以忽略VCr電壓紋波，VCr相當于電壓源，反向加在Lm兩端，其方向與iLm電流方向相反，Lm在VCr作用下去磁，iLm隨著時間線性降低，進行磁通復位過程。
得到：
S2的體寄生二極管導通，將其兩端電壓鉗位在0，此后，開通S2，S2就是0電壓開通ZVS。S2導通后，復位電流從S2溝道流過。
在t4時刻，iLm隨著時間線性降低到0。Lm在激磁過程中存儲能量全部轉移到電容Cr，完成磁通復位。
（5）狀態5：t4-t5階段
圖8 ?有源鉗位工作狀態5
iLm降低到0，S1仍然維持導通，Lm在VCr作用下反向激磁，iLm隨著時間線性反向線性增加，變壓器磁芯進入第3象限工作。
Lm反向激磁過程中：
得到：
在t5時刻，S2關斷。
（6）狀態6：t5-t6階段
圖9 ?有源鉗位工作狀態6
鉗位管S2關斷后，Lm與Coss諧振，VDS隨著時間諧振降低，VDS初始電壓為：Vin+VCr。變壓器初級電壓VN1為負值，iLm隨著時間繼續緩慢反向增加。
諧振過程與狀態3類似，Coss1放電，Coss2充電：
在t6時刻，VDS諧振降低到Vin時，iLm反向增加到最大值-ILm(min)。同時，D1導通，D2關斷。
（7）狀態7：t6-t7階段
(a) D1和D2同時導通
(b) D1導通，D2關斷
圖10 ?有源鉗位工作狀態7
VDS降低到Vin后，Lm與Coss繼續諧振，變壓器初級電壓VN1為正，D1導通，初級電流非常小，不足以提供輸出負載電流，D2繼續保持導通，此時，D1、D2同時導通，將變壓器初級、次級繞組電壓鉗位在0。
變壓器初級電壓VN1為正，Lm正向激磁，勵磁電感電流iLm從負電流最大值-ILm(min)開始，隨時間絕對值緩慢降低。
另外，輸入電源通過變壓器初級繞組快速向輸出傳輸功率，當其提供的電流滿足輸出負載電流，D2關斷，D1繼續保持導通，初級繞組電流等于（相當于）次級電流反射到初級的電流值，這樣，次級反射電流與勵磁電感電流iLm一起對Coss1放電，Coss2充電。
在t7時刻，VDS諧振降低到0，S1的體寄生二極管導通續流，將S1兩端的電壓鉗位在0。
（8）狀態8：t7-t8階段
(a) S1的體寄生二極管導通續流
(b) S1在0電壓開通ZVS
圖11 ?有源鉗位工作狀態8
開關管S1的體寄生二極管導通續流，將S1兩端的電壓鉗位在0，變壓器初級電壓VN1為Vin，Lm正向激磁，勵磁電感電流iLm隨時間絕對值進一步降低。
在t8時刻，開通S1，由于S1的體寄生二極管導通續流，將S1兩端的電壓鉗位在0，S1就是0電壓開通ZVS。S1導通，開始下一個開關周期。如果S1在t7時刻之前開通S1，由于VDS不為0，S1就是硬開通。
有源鉗位正激變換器的工作波形，如圖12所示。
圖12 ?有源鉗位工作波形
待續：有源鉗位正激變換器相關參數計算
