反激設(shè)計背后的秘密6----緩沖和吸收電路

electronicLee 2021-08-17 08:41 2274 閱讀 5 贊 23 收藏 1 評論

反激變壓器中的漏感能量需要使用特殊的鉗位和/或緩沖電路，以幫助保護(hù)電源開關(guān)和二極管免受電壓擊穿故障的影響。 RCD 鉗位是保護(hù)初級電路的常用方法。

一、RCD吸收電路

RCD 鉗位通過創(chuàng)建連接到輸入電壓的低阻抗電壓源來工作。電阻器 Rclamp 耗散與漏感能量相關(guān)的功率，而鉗位電容器確保低電壓紋波（見圖 1）。鉗位電容器電壓在開關(guān)周期（具有足夠大的電容值）期間保持恒定，在滿載和最小輸入電壓時最大，這是漏感能量最大的情況。

圖1 使用 RCD 鉗位電路時的初級 MOSFET 漏極電壓

選擇電阻值以保證在最壞情況下（包括長期過載條件）可接受的漏極電壓非常重要。二極管的類型也很重要，因?yàn)榫徛恼蚧謴?fù)會影響關(guān)斷時的最大漏極電壓。當(dāng)然，電阻的功耗能力需要滿足應(yīng)用的需求。

知道漏電感，電阻值可以估計如下，假設(shè)沒有雜散電容充電，并且所有漏能量都傳導(dǎo)到緩沖電容器：

其中 LleakP 是移至變壓器初級側(cè)時的總漏感，IpkP是發(fā)生關(guān)斷時的初級電流。該電路還需要進(jìn)行測試，以驗(yàn)證其他寄生效應(yīng)的潛在影響，以及公式中忽略的參數(shù)的貢獻(xiàn)，包括二極管正向電壓和恢復(fù)特性。此外，如前所述，初級鉗位電路設(shè)計必須基于效率、峰值漏極電壓、輸出電流限制和交叉調(diào)節(jié)之間的權(quán)衡。

二、非耗散鉗位電路

由于鉗位電路中的功率損耗會顯著影響整體電源效率，因此衍生出許多電路來最小化或消除這種損耗。盡管在這項(xiàng)工作中取得了成功，但此類解決方案幾乎總是會增加額外的電路復(fù)雜性，因此需要進(jìn)行良好的工程權(quán)衡分析。有一種創(chuàng)新的替代方案，即在反激式電源變壓器中添加一個緩沖繞組。這種類型的鉗位電路的工作方式與 RCD 鉗位非常不同，如圖 2所示。

圖2 非耗散鉗位電路

這種類型的主要特點(diǎn)是：

• 提高效率，同時降低初級MOSFET 上的電壓應(yīng)力。

• 改進(jìn)交叉監(jiān)管。鉗位電壓不會立即出現(xiàn)。它在換向期間逐漸增加，從而降低了振鈴效應(yīng)。此外，它的最終電壓明顯低于 RCD 電路，從而實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)和更長的換向。因此，換向期間次級繞組之間共享的電流較少依賴于變壓器寄生，因此更好地遵循每個輸出的負(fù)載水平。

• 在較低負(fù)載電流時達(dá)到電流限制，這是一個缺點(diǎn)。從初級到次級的轉(zhuǎn)換更漸進(jìn)（更慢），這意味著更多的伏秒損失。因此，可以在較低的負(fù)載電流下達(dá)到電源電流限制。

該鉗位電路的工作原理是首先吸收鉗位電容器中的泄漏能量，然后通過稱為緩沖繞組的附加變壓器繞組將其回收。理論上，沒有能量損失。

三、次級繞組、緩沖器的電壓應(yīng)力

位于反激變壓器次級側(cè)的半導(dǎo)體在換向過程中也會受到電壓瞬變的影響。在某些情況下，RC 緩沖器等保護(hù)電路會很有用（見圖3）。

圖 3 同步整流器的RC緩沖電路

使用同步整流器時，當(dāng)從次級整流為初級時，MOSFET 兩端的電壓應(yīng)力可能在兩種不同情況下發(fā)生。首先，在空載時，磁化電流在一個開關(guān)周期內(nèi)改變極性，在同步整流器關(guān)閉之前達(dá)到峰值負(fù)值，導(dǎo)致泄漏能量。此外，如果在換向過程中初級 MOSFET 存在過度的交叉?zhèn)鲗?dǎo)，則會出現(xiàn)直接變壓器耦合。這會在次級繞組中產(chǎn)生很強(qiáng)的泄漏能量，并增加同步整流器上的電壓應(yīng)力。

其次，在滿載時，換向期間兩個 MOSFET 之間的死區(qū)時間將導(dǎo)致同步整流器的體二極管導(dǎo)通，從而導(dǎo)致反向恢復(fù)問題，從而導(dǎo)致同步整流器中的瞬態(tài)應(yīng)力。

圖4顯示了這兩種情況。請注意，在滿載時，電壓應(yīng)力在同步整流器關(guān)閉之后發(fā)生，但恰好在初級 MOSFET 開啟時發(fā)生，從而確認(rèn)反向恢復(fù)。在空載時，負(fù)磁化電流的影響導(dǎo)致同步整流器關(guān)閉時的泄漏能量。對于這種特殊情況，Vgs(Sync) 和 Vgs(FET) 沒有重疊，這限制了空載時的電壓應(yīng)力。