反激開關電源在不連續(xù)模式穩(wěn)態(tài)時各關鍵點的電壓和電流的開關波形

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結合著原理圖，我試著解釋一下反激（開關電源）在不連續(xù)模式（DC）M穩(wěn)態(tài)時各關鍵點的電壓和（電流）的開關波形，不涉及具體元件參數(shù)數(shù)值。

反激開關電源的基本（工作原理）

在MOS管Q1導通時，變壓器L1初級繞組充電。在MOS管關斷時，初級繞組存儲的能量向次級繞組傳遞。

反激開關（電源）主要包括電源輸入電路、MOS（驅動電路）、RCD吸收電路、電源輸出電路、電壓反饋（控制電路）。其他諸如（電流采樣）（保護電路）、電源啟動電路、斜率補償電路等可能在開關電源中應用的電路，在此文中不作展開討論。

MOS管驅動電路波形

左圖為MOS管驅動電路相關波形的示意圖（電流不連續(xù)模式DCM），其中Uin對應上圖的V1，Ugs對應上圖A點電壓波形。右圖是某反激開關電源實測波形，僅體現(xiàn)了初級繞組電流及MOS管DS壓降。

左圖的Uds波形有兩處振蕩波形，分別由初級繞組漏感Llk與MOS管寄生（電容）Coss諧振產(chǎn)生，由初級繞組電感Lm與MOS管寄生電容Coss諧振產(chǎn)生。由于初級繞組漏感Llk相比初級繞組電感Lm要小得多，比如說前者是后者的1%~5%，所以第一處諧振波形的頻率比第二處要高得多。第一處電壓諧振波形逐漸恢復至穩(wěn)定狀態(tài)，此時Uds電壓幅值為次級反射電壓。第二處開始諧振時，MOS管處于斷態(tài)，輸出（二極管）處于斷態(tài)，次級繞組電流為零。

在此電路中，電感和電容串聯(lián)諧振的基本模型如下。在諧振頻率下，電感和電容的阻抗相互抵消，整個回路中只有線路寄生電

阻，電感向電容充電，之后電容向電感充電，能量在二者之間往復循環(huán)，能量難以消耗，就形成了諧振電壓波形。

RCD吸收電路波形

當MOS關斷時，RCD吸收電路的作用是吸收MOS管DS兩端的電壓尖峰，防止MOS管D極被Uds電壓尖峰擊穿損壞或影響MOS管的使用壽命。

Uc表示鉗位電容C2兩端電壓，其電壓不應超過設計的Uclamp鉗位電壓設計值（已經(jīng)忽略了二極管正向導通壓降），使得Uclamp+Uin＜80%×MOS管DS耐壓。注意下右圖的V軸幅值不是以0V為起始點的，是以Uin為起始點的。

某開關電源Uds電壓波形（紅色）及Uclamp電壓波形（藍色）如下：

當該電壓上升時，對應著MOS管關斷的初始時刻，在此刻Uds電壓尖峰通過二極管D3向電容C2進行充電，見下圖電流路徑①。當Uds電壓尖峰小于電容電壓時，二極管D3截止，電容C2向（電阻）進行放電，見電流路徑②。

電源輸出電路波形

當電源處于穩(wěn)態(tài)時，在ton時刻，MOS管導通，初級繞組的電感電流線性增加，電容Co向負載RL（供電），見下圖電容放電電流（Ic）1路徑。因為反激開關電源所用變壓器的初級繞組和側邊繞組的同相端是相反的。在ton時刻，初級繞組為抑制電流增大，初級繞組感應電壓上正下負，側邊繞組Lp的感應電壓上負下正，二極管D1處于截止狀態(tài)。

在toff時刻，MOS關斷，初級繞組存儲的能量向次級繞組傳送，初級繞組為維持原電流方向，初級繞組感應電壓上負下正，次級繞組的感應電壓上正下負，二極管D1處于導通狀態(tài)，次級繞組經(jīng)二極管D1向電容Co和負載RL供電。

右下圖是某開關電源輸出電壓紋波電壓實測結果。所以在ton時刻，電容Co兩端電壓波形時間對應Ic1電流放電時間。在toff時刻，電容Co兩端電壓波形時間對應Ic2電流充電時間。

電壓反饋控制電路波形

在這部分電路，通常使用開環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的伯德圖，結合伯德圖的穩(wěn)定性判據(jù)去討論和判斷開關電源的穩(wěn)定性。

足夠的幅值裕度和相位裕度是必要的，否則開關電源系統(tǒng)的動態(tài)響應特性比較差，或者輸出電壓出現(xiàn)振蕩。

在下圖是開關電源電壓控制頻率補償回路傳遞函數(shù)伯德圖，相位裕度大于90°，低頻增益為40dB，中