反激變換器的RCD吸收回路設(shè)計(jì)
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摘要: 當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí),就會有一個(gè)高壓尖刺出現(xiàn)在其漏極上。這是由于主變壓器的漏感和MOSFET輸出電容諧振造成的,在漏極上過高的電壓可能會擊穿MOSFET,為此就必須增加一個(gè)附加電路來鉗制這個(gè)電壓。在此技術(shù)范圍,我們介紹反激變換器的RCD吸收回路。
Abstract:
Key words :
當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí),就會有一個(gè)高壓尖刺出現(xiàn)在其漏極上。這是由于主變壓器的漏感和MOSFET輸出電容諧振造成的,在漏極上過高的電壓可能會擊穿MOSFET,為此就必須增加一個(gè)附加電路來鉗制這個(gè)電壓。在此技術(shù)范圍,我們介紹反激變換器的RCD吸收回路。
-、簡介
反激變換器是結(jié)構(gòu)最簡單的電路拓?fù)渲弧K苯訌囊粋€(gè)Buck ̄Boost變換器放一個(gè)電感與之耦合而成,也就是一個(gè)加入氣隙的變壓器。當(dāng)主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí),能量存在變壓器中,在開關(guān)關(guān)斷時(shí),又將能量送到輸出級。由于在主功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)變壓器需要儲能,因而磁心要加氣隙。由于反激式需要的元器件很少,因而是中小功率電源常用的電路拓?fù)?。例如:充電器、適配器及DVD播放機(jī)等。
圖1反激變換器的電路
(a)具有寄生元器件的反激變換器;(b)CCM方式工作波形;(c)DCM方式工作波形
圖1 給出反激變換器在連續(xù)導(dǎo)通型工作(CCM)和斷續(xù)導(dǎo)通型工作(DCM)的幾個(gè)寄生元器件。如一次級間漏感、MOSFET的輸出電容、二次側(cè)二極管的結(jié)電容等。當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí),一次電流Id給MOSFET的Coss充電,此電壓力加在Coss上,Vds超過輸入電壓,加上了折返的輸出電壓VIN+Nv。,二次側(cè)二極管導(dǎo)通。電感Lm上的電壓鉗在Nvo,也就是LIK1與Coss之間的高頻諧振及高浪涌,在CCM工作模式下,二次側(cè)二極管一直導(dǎo)通,直到MOSFET再次導(dǎo)通。因此當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí),二次側(cè)二極管的反轉(zhuǎn)恢復(fù)電流要疊加到一次電流上。于是,在一次就有一個(gè)大的浪涌出現(xiàn)在導(dǎo)通時(shí),此即意味著對于DCM工作情況,因二次側(cè)電流在一個(gè)開關(guān)周期結(jié)束之前已經(jīng)干涸。所以Lm與Coss之前才有一個(gè)諧振。
二、吸收回路設(shè)計(jì)
由于LIK1與Coss之間的諧振造成的過度高電壓必須為電路元器件能接受的水平,為此必須加入一個(gè)電路,以保護(hù)主開關(guān)MOSFET。RCD吸收回路及關(guān)鍵波形示于圖2和圖3所示。它當(dāng)Vds超出VIN+nV時(shí),RCD吸收回路使吸收二極管VDsn導(dǎo)通的方法來吸收漏感的電流。假設(shè)吸收回路電容足夠太,其電壓就不會超出。
當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí),Vds充電升到VIN+nV。一次電流通過二極管VDsn到達(dá)吸收回路的電容Csn處,二次側(cè)的整流管在同時(shí)導(dǎo)通。因此其上的電壓為Vsn-nV,Isn的斜率如下:
圖2反激變換器的RCD吸收回路
圖3加入吸收回路的DCM關(guān)鍵波形
式中:isn是流進(jìn)吸回路的電流;Vsn是吸收回路電容上的電壓;n是主變壓器匝數(shù);LIK1是主變壓器的漏感。因此,時(shí)時(shí)TS可以從下式求出:
式中:Ipeak是一次電流的峰值。
吸收回路電容電壓,Vsn在最低輸人電壓及滿載條件下決定。-旦Vsn定了,則吸收回路的功耗在最低輸人電壓及滿載條件下為:
式中:fs是開關(guān)頻率;Vsn為2~2.5倍的nVo,從公式中看出非常小的Vsn使吸收回路損耗也減小。
另一方面,由于吸收回路電Rsn的功耗為,我們可以求得電阻:
然后吸收回路的電阻選用合適的功率來消耗此能量,電容上的最太紋波電壓用下式求出:
通常5% - 10%的紋波是可以允許的,困此,吸收回路的電容也可用上式求出。
當(dāng)變換器設(shè)計(jì)在CCM工作模式下時(shí),峰值漏電流與吸收回路電容電壓一起隨輸入電壓增加而減少。吸收回路電容電壓在最高輸入電壓和滿戴時(shí)可由下式求出:
式中:fs為開關(guān)頻率;LIK1為一次漏感;n為變壓器匝數(shù)比;Rsn為吸收回路電阻;Ipeak2為一次在最高輸入電壓和滿載時(shí)的峰值電流。當(dāng)變換器工作在CCM
狀態(tài),又是最高輸入電壓及滿載條件Ipeak2表示如下:
狀態(tài),又是最高輸入電壓及滿載條件Ipeak2表示如下:
式中:PIN為輸入功率;Im變壓器勱磁電感。VDCmax為整流的最高輸人電壓值Vdc。
如果在瞬間過渡時(shí)及穩(wěn)態(tài)時(shí)Vds的最高值低于MOSFET 的BVdss電壓的90%和80%,則吸收回路二極管的耐壓要高于BVdss,可以選用一個(gè)超快恢復(fù)二極管為1A電流,耐壓120%BVdss。
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