RC吸收计算应用.docx
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1、一料有效的反激钳位电路设计方法【日期:来源:电源技术应用作者:姜德来,张字体:大中2006-6-27晓峰,吕征宇小画0引言单端反激式开关电源具有结构简洁、输入输出电气隔离、电压升/降范围宽、易于多路输出、牢靠性高、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,必需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钳位更有好用价值。1 抻制变压器的漏感是不行消退的,但可以通过合理的电路设计和统制使之减小。设计和统制是否合理,对漏感的影响是很明显的。采纳合理的方法,可将漏感限制在初级电感的2%左右.设计
2、时应综合变压器磁芯的选择和初级匝数的确定,尽量使初级统组可紧密绕满磁芯骨架一层或多层.统制时绕线要尽量分布得紧凑、匀称,这样线圈和磁路空间上更接近垂直关系,耦合效果更好C初级和次级绕线也要尽量转得紧密。2 RCD附位电路分数设计2.1 变压器等效模型图1为实际变压器的等效电路,励磁电感同志向变压器并联,漏感同励磁电懑串联。励磁电感能量可通过志向变压器耦合到副边,而漏感因为不耦合,能砧不能传递到副边,假如不实行措施,潮感将通过寄生电容释放能,引起电路电压过冲和振荡,影响电路工作性能,还会引起EMl问题,严峻时会烧毁器件,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。图2/
3、I)钳位电路2.2 翰位电路工作原理引入RCD钳位电路,目的是消耗漏感能成,但不能消耗主励磁电感能唬,否则会降低电路效率。要做到这点必需对RC参数进行优化设计,卜面分析其工作原理:当Sl关断时,漏感1.k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。(b)(代特别大图3钳位电容电压波形1)若C值较大,C上电压缓慢上升,副边反激过冲小,变压器能量不能快速传递到副边,见图3(八);2)若C值特殊大,电压峰值小于副边反射电压,则钳位电容上电压将始终保持在副边反射电压旁边,即钳位电阻变为死负载,始终在消耗碳芯能量,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
4、通前,钳位电阻只将成为反激变换器的死负栽,消耗变压器的能唬,降低效率,见图3(c):4)假如RC值取得比较合适,使到Sl开通时,C匕电压放到接近副边反射电压,到卜次导通时,C上能或恰好可以释放完,见图3(d),这种状况钳位效果较好,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)种方式电压改变缓慢,能员不能被快速传递,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,同时调整R,便到Sl开通时,C上电压放到接近副边反射电压,之后RC接着放电至Sl内次开通,如图3(e)所示。本人认为此分析清晰地说明RC放电时间常数要大于开关周期,至少
5、要大于截止时间,也就是RC振荡频率小于开关频率,Sl关断时,1.k释能给C充电,R阻值较大,可近似认为1.k与C发生申联谐振,谐振周期为T1.C=2兀,1,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存在反向复原,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,因此叮以忽视其影响总之,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,所以在实际试胶中假如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成,所以R的取值肯定要使C的放电电压在开关管导遣时不小于反射电压在进入到导通时间
6、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。对于志向的钳位电路工作方式,见图3(e)。Sl关断时,漏感稀能,电容快速充电至峰值VCmaX,之后RC放电由于充电过程特别短,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(但方的15上说是按最大值,实际测试表明好像应是最大值),最大负载,即最大占空比条件工作选取,否则,随着D的增大,副边导通时间也会增加,钳位电容电压波形会出现平台,钳位电路将消耗主励麟电感能过。对图3(c)工作方式,峰值电压太大,现考虑降低VCmax。Vcmaxl!1只有最小值限制,必需大于网边反射电压可做线性化处理来
7、设定VCmaX,如图4所示,由几何关系得I11M空匕为保证SI开通时,C上电压刚好放到A;需满意V11I4X将(1)式代入式可得RC=7(0-1)1必、对整个周期RC放电过程分析,有rmaxCRC=r0a金a5怕位电容电压J/W:核小)r.(5S二忠0?二三S7S图8MOS管漏极电区(RCitt)图7显示在副边反射电压点没有出现平台,说明结果与理论分析吻合。4结语依据文中介绍的方法设计的钳位电路,可以较好地汲取漏感能量,同时不消耗主励磁电感能量。经折衷优化处理,既抑制了电容电压峰值,减轻r功率器件的开关应力,又保证r足够电压脉动最,磁芯能量可以快速、高效地传递,为反激变换器的设计供应了很好的依
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