RCD鉗位電路設(shè)計(jì)[001]

1、0 引言 單端反激式開(kāi)關(guān)電源具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 輸入輸出電氣隔離、 電壓升降范 圍寬、易于多路輸 出、可靠性高、 造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn) , 廣泛應(yīng)用于小功率場(chǎng)合。 然而, 由于漏感影響 , 反激變換器功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)將引起電壓尖峰 , 必須用鉗位電路 加以抑制。由于 RCD 鉗位電路比有源鉗位電路更簡(jiǎn)潔且易實(shí)現(xiàn)，因而在小功率變 換場(chǎng)合RCD 甘位更有實(shí)用價(jià)值。1漏感抑制變壓器的漏感是不可消除的 , 但可以通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)和繞制使之減 小。設(shè)計(jì)和繞制是否合理 , 對(duì)漏感的影響是很明顯的。 采用合理的方法 , 可將漏感 控制在初級(jí)電感的 2左右。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合變壓器磁芯的選擇和初級(jí)匝數(shù)的確定 , 盡量使初級(jí)繞

2、組可 緊密繞滿磁芯骨架一層或多層。繞制時(shí)繞線要盡量分布得緊湊、均勻 , 這樣線圈 和磁路空間上更接近垂直關(guān)系 , 耦合效果更好。初級(jí)和次級(jí)繞線也要盡量靠得緊 密。2RCD 甘位電路參數(shù)設(shè)計(jì)2.1變壓器等效模型圖 1 為實(shí)際變壓器的等效電路 ,勵(lì)磁 電感同理想變壓器并聯(lián) ,漏感同勵(lì) 磁電感串聯(lián)。勵(lì)磁電感能量可通過(guò)理想變壓器耦合到副邊 , 而漏感因?yàn)椴获詈?, 能量不能傳遞到副邊 , 如果不采取措施 , 漏感將通 過(guò)寄生電容釋放能量 , 引起電 路電壓過(guò)沖和振蕩，影響電路工作性能，還會(huì)引起 EMI 問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀器件，為抑制其影響,可在變壓器初級(jí)并聯(lián)無(wú)源 RCD 甘位電路,其拓?fù)淙鐖D 2 所示

3、。圖1實(shí)際變壓器箏效模型GND_圖2 KCD鉗位電路2.2鉗位電路工作原理引入 RCD 鉗位電路,目的是消耗漏感能量,但不能消耗主勵(lì)磁電感能量,否則會(huì)降低電路效率。要做到這點(diǎn)必須對(duì) RC 參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),下面分析其工作 原理：當(dāng) S1 關(guān)斷時(shí),漏感 Lk 釋能,D 導(dǎo)通,C 上電壓瞬間充上去,然后 D截止,C 通過(guò)R 放電。圖3鉗位電容電壓波形(1)1) 若 C 值較大,C 上電壓緩慢上升，副邊反激過(guò)沖小，變壓器能量不能迅 速傳遞到副邊,見(jiàn)圖 3(a);2) 若 C 值特別大，電壓峰值小于副邊反射電壓，則鉗位電容上電壓將一 直保持在副邊反射電壓附近，即鉗位電阻變?yōu)樗镭?fù)載，一直在消耗磁芯能量，

4、見(jiàn)圖 3(h);3)若 RC 值太小,C 上電壓很快會(huì)降到副邊反射電壓,故在 St 開(kāi)通前,鉗 位電阻只將成為反激變換器的死負(fù)載，消耗變壓器的能量，降低效率，見(jiàn)圖 3(c):4) 如果 RC 值取得比較合適,使到 S1 開(kāi)通時(shí),C 上電壓放到接近副邊反射 電壓,到下次導(dǎo)通時(shí),C 上能量恰好可以釋放完，見(jiàn)圖 3(d),這種情況鉗位效果較 好,但電容峰值電壓大，器件應(yīng)力高。第 2)和第 3)種方式是不允許的，而第 1)種方式電壓變化緩慢，能量不 能被迅速傳遞，第 4)種方式電壓峰值大，器件應(yīng)力大?？烧壑蕴幚?，在第 4)種方式 基礎(chǔ) 上增大電容，降低電壓峰值，同時(shí)調(diào)節(jié) R,使到 S1 開(kāi)通時(shí),C 上

5、電壓放到接近 副邊反射電壓,之后 RC 繼續(xù)放電至 S1 下次開(kāi)通,如圖 3(e)所示。2.3參數(shù)設(shè)計(jì)S1 關(guān)斷時(shí)丄 k 釋能給 C 充電,R 阻值較大,可近似認(rèn)為 Lk 與 C 發(fā)生串聯(lián) 諧振,諧振周期為 TLC=2 冗、LkC,經(jīng)過(guò) 1/4 諧振周期,電感電流反向，D 截止,這 段時(shí)間很短。由于 D 存在反向恢復(fù)，電路還會(huì)有一個(gè)衰減振蕩過(guò)程，而且是低損的, 時(shí)間極為短暫，因此叮以忽略其影響?？傊?C 充電時(shí)間是很短的，相對(duì)于整 個(gè)開(kāi) 關(guān)周期,可以不考慮。對(duì)于理想的鉗位電路工作方式，見(jiàn)圖 3(e)oS1 關(guān)斷時(shí)，漏感釋能，電容快 速充電至峰值 Vcmax,之后 RC 放電。由于充電過(guò)程非常短

6、，可假設(shè) RC 放電過(guò)程持 續(xù)整個(gè)開(kāi)關(guān)周期。RC 值的確定需按最小輸入電壓，最大負(fù)載，即最大占空比條件工作選取，否則，隨著 D 的增大，副邊導(dǎo)通時(shí)間也會(huì)增加，鉗位電容電壓波形會(huì)出現(xiàn)平臺(tái)，鉗 位電路將消耗主勵(lì)磁電感能量。對(duì)圖 3(c)工作方式，峰值電壓太大,現(xiàn)考慮降低 Vcmax Vcmax 只有最小 f門(mén)值限制,必須大于副邊反射電壓 可做線性化處理來(lái)設(shè)定 Vcmax，如圖 4 所示,由幾何關(guān)系得%M funT一（2）（7）根據(jù)能量關(guān)系有式中：Ipk/Lk 釋能給 C 的電流峰值將式和式 代人式（5）,得結(jié)合式，得AEyn為保證 S1 開(kāi)通時(shí),C 上電壓剛好放到需滿足RC將（1）式代入（2）式可

7、RC = T( 1). - l)ln/J_(3)對(duì)整個(gè)周期 RC 放電過(guò)程分析,有(4)y/,v =4t，(-匕（5（2）（7）Pa人丿：（uT（嘰一i）1門(mén)晌A =電阻功率選取依據(jù)的確定3 實(shí)驗(yàn)分析輸入直流電壓.30(1 2% )v,輸出 12VZIA,最大占空比 Dmax=0.45 采 用UC3842 控制,工作于 DCM 方式,變壓器選用 CER28AH 磁芯,原邊匝數(shù)為 24 匝,副邊取 13 匝。有關(guān)實(shí)驗(yàn)波形如圖 5圖 8 所示。式中：fs 為變換器的工作頻率| L|ll J 入口處國(guó)5鉗佞電容電壓（RQ 狡，八）圖6電甘久尢電容也ZK（C較圮）肌7令世位虹琴4乙ZK（、RC 運(yùn)中）圖8MOB肯漏極電壓（尺匸適中）圖 7 顯示在副邊反射電壓點(diǎn)沒(méi)有出現(xiàn)平臺(tái) , 說(shuō)明結(jié)果與理論分析吻合4 結(jié)語(yǔ)按照文中介紹的方法設(shè)計(jì)的鉗位電路 , 可以較好