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一种有效的反激钳位电路设计方法

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标签: 电源

电源

一种有效的反激钳位电路设计方法

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一种有效的反激钳½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½、易
于多路输出、可靠性高、造价½等优点,广泛应用于小功率场合。然而,由于漏感½
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½电路加以抑制。由于
RCD
钳½电路比有源钳½电路更简洁且易实现,
因而在小功率变换场合
RCD
钳½更
有实用价值。
1
漏感抑制
变压器的漏感是不可消除的,½可以通过合理的电路设计和绕制½之减小。设计
和绕制是否合理,对漏感的½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,½量½初级绕组可紧密绕满
磁芯骨架一层或多层。绕制时绕线要½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½。初级和次级绕线也要½量靠得紧密。
2 RCD
钳½电路参数设计
2.1
变压器等效模型
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½量可通过理想变压器耦合到副边,而漏感因为不耦合,½量不½传递
到副边,
如果不采取措½,
漏感将通过寄生电容释放½量,
引起电路电压过冲和振荡,
½响电路工½性½,还会引起
EMI
问题,严重时会烧毁器件,为抑制其½响,可在
变压器初级并联无源
RCD
钳½电路,其拓扑如图
2
所示。
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2.2
钳½电路工½原理
引入
RCD
钳½电路,目的是消耗漏感½量,½不½消耗主励磁电感½量,否则会
降½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½原理:
½
S1
关断时,漏感
Lk
释½,D 导通,C 上电压瞬间充上去,然后
D
截止,C 通
R
放电。
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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
R
实验表明
R
C
值越小就会这样, 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。
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1)若 C
值较大,C 上电压缓慢上升,副边反激过冲小,变压器½量不½迅速传递到副边,
见图
3(a);此句有道理,因为初级电流下降时次级电流开始上升。
2)若 C
值特别大,电压峰值小于副边反射电压,则钳½电容上电压将一直保持在副边反
射电压附近,即钳½电阻变为死负½½,一直在消耗磁芯½量,见图
3(b);
实验表明
R
C
越小就会这样,½不一定会到零,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。
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½电阻只
将成为反激变换器的死负½½,消耗变压器的½量,降½效率,见图
3(c):
4)如果 RC
值取得比较合适,½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½量恰½可以释放完,见图
3(d),这种情况钳½效果较½,½电
容峰值电压大,器件应力高。
2)和第 3)种方式是不允许的,而第 1)种方式电压变化缓慢,½量不½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½电压峰值,同时调节
R,,½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
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½给
C
充电,R 阻值较大,可近似认为
Lk
C
发生串联谐振,
谐振周期为
TLC=2π、LkC,经过 1/4
谐振周期,电感电流反向,D 截止,这段时
间很短。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½损的,时
间极为短暂,因此叮以½略其½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½量,
所以
R
的取值一定要½
C
的放电电压
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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½电½。
对于理想的钳½电路工½方式,见图
3(e)。S1
关断时,漏感释½,电容快速充电
至峰值
Vcmax,之后 RC
放电。由于充电过程非常短,可假设
RC
放电过程持续整个
开关周期。
RC
值的确定需按最小输入电压(½有的书上说是按最大值,实际测试表明似乎应
是最大值),最大负½½,即最大占空比条件工½选取,否则,随着
D
的增大,副边
导通时间也会增加,
钳½电容电压波½会出现平台,
钳½电路将消耗主励磁电感½量。
对图
3(c)工½方式,
峰值电压太大,
现考虑降½
Vcmax。
Vcmax
只有最小值限制,
必须大于副边反射电压
可做线性化处理来设定
Vcmax,如图 4
所示,由几½关系得
此公式一时难以理解
为保证
S1
开通时,C 上电压刚½放到
需满足
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