RCD鉗位電路設計

1、0 引言單端反激式開關電源具有結構簡單、 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、 造價低等優(yōu)點 , 廣泛應用于小功率場合。 然而, 由于漏感影響 , 反激變換器功率開關管關斷時將引起電壓尖峰 , 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潔且易實現，因而在小功率變 換場合RCD甘位更有實用價值。1 漏感抑制變壓器的漏感是不可消除的 , 但可以通過合理的電路設計和繞制使之減 小。設計和繞制是否合理 , 對漏感的影響是很明顯的。 采用合理的方法 , 可將漏感 控制在初級電感的 2左右。設計時應綜合變壓器磁芯的選擇和初級匝數的確定 , 盡量使初級繞組可

2、緊密繞滿磁芯骨架一層或多層。繞制時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系 , 耦合效果更好。初級和次級繞線也要盡量靠得緊 密。2 RCD甘位電路參數設計2.1 變壓器等效模型圖1為實際變壓器的等效電路 ,勵磁 電感同理想變壓器并聯 ,漏感同勵 磁電感串聯。勵磁電感能量可通過理想變壓器耦合到副邊 , 而漏感因為不耦合 , 能量不能傳遞到副邊 , 如果不采取措施 , 漏感將通 過寄生電容釋放能量 , 引起電 路電壓過沖和振蕩，影響電路工作性能，還會引起EMI問題，嚴重時會燒毀器件， 為抑制其影響,可在變壓器初級并聯無源 RCD甘位電路,其拓撲如圖2所示。圖1 實際變壓

3、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,但不能消耗主勵磁電感能量, 否則會降低電路效率。要做到這點必須對RC參數進行優(yōu)化設計,下面分析其工作 原理：當S1關斷時,漏感Lk釋能,D導通,C上電壓瞬間充上去,然后D截止,C 通過R放電。偏小圖3 鉗位電容電壓波形1) 若C值較大,C上電壓緩慢上升，副邊反激過沖小，變壓器能量不能迅 速傳遞到副邊,見圖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)樗镭撦d，一直在消耗磁芯能量，見圖 3(h);3) 若RC值太小,C上電壓很快

4、會降到副邊反射電壓,故在St開通前,鉗 位電阻只將成為反激變換器的死負載，消耗變壓器的能量，降低效率，見圖3(c):4) 如果RC值取得比較合適,使到S1開通時,C上電壓放到接近副邊反射 電壓,到下次導通時,C上能量恰好可以釋放完，見圖3(d),這種情況鉗位效果較 好,但電容峰值電壓大，器件應力高。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，器件應力大?？烧壑蕴幚?，在第4)種方式 基礎 上增大電容，降低電壓峰值，同時調節(jié)R,使到S1開通時,C上電壓放到接近 副邊反射電壓,之后RC繼續(xù)放電至S1下次開通,如圖3(e)所示。2.3 參數

5、設計S1關斷時丄k釋能給C充電,R阻值較大,可近似認為Lk與C發(fā)生串聯 諧振,諧振周期為TLC=2冗、LkC,經過1/4諧振周期,電感電流反向，D截止,這 段時間很短。由于D存在反向恢復，電路還會有一個衰減振蕩過程，而且是低損的, 時間極為短暫，因此叮以忽略其影響?？傊?C充電時間是很短的，相對于整 個開 關周期,可以不考慮。對于理想的鉗位電路工作方式，見圖3(e) o S1關斷時，漏感釋能，電容快 速充電至峰值Vcmax,之后RC放電。由于充電過程非常短，可假設RC放電過程持 續(xù)整個開關周期。RC值的確定需按最小輸入電壓，最大負載，即最大占空比條件工作選取， 否則，隨著D的增大，副邊導通時間

6、也會增加，鉗位電容電壓波形會出現平臺，鉗 位電路將消耗主勵磁電感能量。對圖3(c)工作方式，峰值電壓太大,現考慮降低Vcmax Vcmax只有最小門值限制,必須大于副邊反射電壓可做線性化處理來設定Vcmax，如圖4所示,由幾何關系得(1)為保證S1開通時,C上電壓剛好放到 A耳 需滿足將(1)式代入(2)式可得RC 二 T(D- l)ln/J_(3)對整個周期RC放電過程分析,有根據能量關系有(5)式中：Ipk/Lk釋能給C的電流峰值將式 和式 代人式(5),得(6)_ e 1結合式，得mux(7)電阻功率選取依據= * 幾 /pk2/( 8)式中：fs為變換器的工作頻率| L|ll J 入口

7、處刖的確定3實驗分析輸入直流電壓.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,原邊匝數為24匝, 副邊取13匝。有關實驗波形如圖5圖8所示。I、*.陽5鈿立電容：電壓（RC枝訂* f/（5 4SS）國七 至甘也電容電.ZK （ U程妃:廠JJ鞏$2 +K）LH 7 It住此容訃匕壓I R： i*中f?、L.:廣T/1/（ 5ps/ K1）Efi 8 IMOh擰漏極電圧（尺C運中）運M5-蘭圖 7 顯示在副邊反射電壓點沒有出現平臺 , 說明結果與理論分析吻合4 結語按照文中介紹的方法設計的鉗位電路 , 可以較好地吸收漏