反激钳位电路RCD.pdfVIP

一种有效的反激钳位电路设计方法 0 引言 单端反激式开关电源具有结构简单、输入输出电气隔离、电压升／降范围宽、易 于多路输出、可靠性高、造价低等优点，广泛应用于小功率场合。然而，由于漏感影 响，反激变换器功率开关管关断时将引起电压尖峰，必须用钳位电路加以抑制。由于 RCD钳位电路比有源钳位电路更简洁且易实现，因而在小功率变换场合RCD钳位更有实 用价值。 1 漏感抑制 变压器的漏感是不可消除的，但可以通过合理的电路设计和绕制使之减小。设计 和绕制是否合理，对漏感的影响是很明显的。采用合理的方法，可将漏感控制在初级 电感的2％左右。 设计时应综合变压器磁芯的选择和初级匝数的确定，尽量使初级绕组可紧密绕满 磁芯骨架一层或多层。绕制时绕线要尽量分布得紧凑、均匀，这样线圈和磁路空间上 更接近垂直关系，耦合效果更好。初级和次级绕线也要尽量靠得紧密。 2 RCD 钳位电路参数设计 2.1 变压器等效模型 图 1 为实际变压器的等效电路，励磁电感同理想变压器并联，漏感同励磁电感串 联。励磁电感能量可通过理想变压器耦合到副边，而漏感因为不耦合，能量不能传递 到副边，如果不采取措施，漏感将通过寄生电容释放能量，引起电路电压过冲和振荡， 影响电路工作性能，还会引起 EMI 问题，严重时会烧毁器件，为抑制其影响，可在变 压器初级并联无源 RCD 钳位电路，其拓扑如图 2 所示。 2.2 钳位电路工作原理 引入 RCD 钳位电路，目的是消耗漏感能量，但不能消耗主励磁电感能量，否则会 降低电路效率。要做到这点必须对RC 参数进行优化设计，下面分析其工作原理： 当 S1 关断时，漏感 Lk 释能，D 导通，C 上电压瞬间充上去，然后 D 截止，C 通 过 R 放电。 就是反射电压 实验表明，C 越大，这儿就 越平滑 均是将反射电压吸收了部分 实验表明 R 或 C 值越小就会这样，R 太小，放电就快， C 太小很快充满，小到一定程度就会这样回到零。 1)若 C 值较大，C 上电压缓慢上升，副边反激过冲小，变压器能量不能迅速传递到副边， 见图 3(a)； 2)若 C 值特别大，电压峰值小于副边反射电压，则钳位电容上电压将一直保持在副边反 射电压附近，即钳位电阻变为死负载，一直在消耗磁芯能量，见图 3(b)； 3)若 RC 值太小，C 上电压很快会降到副边反射电压，故在 St 开通前，钳位电阻只将 成为反激变换器的死负载，消耗变压器的能量，降低效率，见图 3(c)： 4)如果 RC 值取得比较合适，使到 S1 开通时，C 上电压放到接近副边反射电压， 到下次导通时，C 上能量恰好可以释放完，见图 3(d)，这种情况钳位效果较好，但电 容峰值电压大，器件应力高。 第 2)和第 3)种方式是不允许的，而第 1)种方式电压变化缓慢，能量不能被迅速 传递，第 4)种方式电压峰值大，器件应力大。可折衷处理，在第 4)种方式基础上增 大电容，降低电压峰值，同时调节 R，，使到 S1 开通时，C 上电压放到接近副边反射 电压，之后RC 继续放电至 S1 下次开通，如图 3(e)所示。本人认为此分析清楚地说 明RC 放电时间常数要大于开关周期，至少要大于截止时间，也就是 RC 振荡频率小于 开关频率。 2.3 参数设计 S1 关断时，Lk 释能给 C 充电，R 阻值较大，可近似认为 Lk 与 C 发生串联谐振， 谐振周期为 TLC=2π L C ，经过 1 ／4 谐振周期，电感电流反向，D 截止，这段时间 k 很短。由于 D 存在反向恢复，电路还会有一个衰减振荡过程，而且是低损的，时间极 为短暂，因此叮以忽略其影响。总之，C 充电时间是很短的，相对于整个开关周期， 可以不考虑。本人认为这讲的极有道理，开关管截止时间里充电过后就要放电，所以 在实际实验中如果 R 太小还没到开关管导通 C 的电已放完了，故出现了一个平台，这 时会消耗反射电压的能量，所以 R 的取值一定要使 C 的放电电压在开 关管导通时不小于反射电压。在进入到导通时间后 C 的电压为负值，千万不 要认为是某个电压对 C 反向充电，本人认为是开关管导通后呈现的低电位。 对于理想的钳