- 文献综述（或调研报告）：
有源钳位反激变换器（Active-Clamp Flyback Converter，ACF）具有功率开关电压应力小、功率开关与钳位开关为ZVS开关、能降低副边整流二极管反向恢复引起的关断损耗和开关噪声等优点，因而在中小功率变换场合具有重要的应用价值。在研究和应用领域，高频高效的有源钳位反激变换器都是行业的热点。美国布莱克斯堡弗吉尼亚理工学院和州立大学布拉德利机电工程系电力电子系统中心已研制出类似的使用GaN器件的高频高效ACF的65W(19.5V/3.3A)样机，在较宽的输入范围内，其满载效率可达92.8%以上[1]。美国的德州仪器(Texas Instruments,TI)公司向市场推出有源钳位反激式芯片组——UCC28780 UCC24612。UCC28780是业界第一个量产的有源钳位反激式控制器，它可以在非常高频率工作，提供1MHz GaN或Si FET的支持。UCC24612则是第一个针对有源钳位反激式拓扑的同步整流控制器。利用UCC28780 UCC24612的45W、20V GaN-ACF在115VAC-115VAC输入条件下满载输出效率可达94%以上[2]。由此可见，高频高效的GaN基有源钳位反激（ACF）变换器设计是目前行业的热点问题，在个人消费电子领域也有极大的应用价值。
反激变换器电路拓扑简洁且易于工程实现，反激变换器是由Buck-Boost推演并加隔离变压器后而得来的，如图1所示。“反激”是指在初级开关管关闭时向次级传送能量。当开关管接通时，输出变压器充当电感，电能转化为磁能，此时输出回路无电流；相反，当开关管关断时，输出变压器释放能量， 磁能转化为电能，输出回路中有电流。由于电路简单能高效提供直流输出，因此在要求有多组输出直流电压时特别常用，它的缺点是 由于漏感的存在，使得变换器效率低且开关器件承受了较大的电压应力[3]。
图1 反激（Buck-Boost）变换器电路图
有源钳位技术使反激变换器获得了综合性能的极大提升，使得ACF具有功率管电压应力小、效率高、EMI噪声小等优势。人们已知，开关上并联吸收电路可以抑制电力电子系统中开关浪涌（Surge）电压或电流使电路中储能被利用或反馈到电网，从而将器件电压钳定于某一范围内。利用这一概念，可以在开关变换器的功率开关管上并联钳位电路（Clamp），以抑制开关管上的电压应力。钳位电路分有源和无源两种。无源钳位电路主要包括两个阳极对接的二极管，以及RCD和LCD网络。无源钳位钳定器件电压，解决了电压应力过大的问题，但漏感中的能量依然无法利用，效率仍然较低。右侧图2即为ACF和PCF的电路图。
有源钳位电路使用一个高压MOSFET串联与钳位电容器取代了无源钳位，通过谐振来钳住变压器两端电压，拓扑结构如图3所示，电路中，Lm为励磁电感，Lr为变压器漏感与外加电感之和，Cr为开关管S1、S2结电容之和，Cclamp为钳位电容。同时有源钳位电路不浪费漏感能量，而是通过将能量存储在电容器中来提高效率，然后在切换周期内将其传送到输出端[4]。在谐振过程中，主开关和辅助开关均可实现ZVS，从而减小开关损耗，提升变换器的效率[5]。
图3 ACF主电路拓扑结构
与传统的硅器件相比,氮化镓产品具有很多的优势。而这些优势使得氮化镓能够很好地被应用于硬开关和软开关为主的电力电子拓扑中。首先，氮化镓器件具有更小的寄生电容，更小的门极电容能够使得开通和关断的速度更快，同时减小门极的损耗。而更小的输出电容能够降低硬开关中的损耗，而且可以帮助提高开关频率，降低软开关中产生零电压开关所需要的反向电流。另外氮化镓产品还具有更小的导通电阻，这样可以帮助降低导通损耗。最后氮化镓产品由于不存在体二极管，所以没有反向恢复电流，这就大大帮助降低了开关中的损耗以及开通过程中电路里的振荡，所以也能够帮助减小EMI。由于氮化镓产品更小的寄生电容，以及更小的导通电阻，我们可以看到氮化镓可以被应用于更高频的开关中。随着频率的上升，氮化镓产品的开关损耗上升会比硅器件小很多，因此高频和高密度电源成为了可能[6]。目前，Transphorm公司的GaN HEMT寄生电容仅为Si基功率管IRFP360的1/10左右，源漏导通电阻也大幅下降，适合高电压功率转换应用[7]。基于这些考虑，在本设计中，我们使用GaN衬底的MOSFET作为开关器件。
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