CCM下的FLYBACK電源拓撲開關尖峰形成過程

第第頁CCM下的FLYBACK電源拓撲開關尖峰形成過程

1.FLYB（AC）K的（EMC）特性

FLYBACK（反激變換器）的開關功率管在開通和關斷時刻形成的電壓震蕩尖峰和（電流）震蕩尖峰是開關（電源）中的主要干擾源，對（開關電源）的傳導干擾和輻射干擾起著決定性的作用，本文對CCM條件下的開關尖峰形成過程進行說明。

2.FLYBACK的基本（工作原理）

（1）在（MOSFET）管開通時，輸入電壓對變壓器原邊充電而副邊（DIODE）承受反向電壓截止；

（2）在MOSFET管關斷時，原邊儲存的能量轉移到副邊使DIODE承受正向壓降開始導通，向輸出負載提供能量；

（3）在開關功率管開通和關斷瞬間，會產生變化率非常高的dv/dt和di/dt，不僅會對管子的耐壓耐流要求高，而且會產生頻譜很寬（開關電源的干擾頻譜一般在200MHz以下）的電磁干；

（4）實際的反激變換器的功率開關管的開關波形的影響因素比較復雜，不僅受自身寄生參數的影響，還會受外界的干擾；

3.FLYBACK在CCM下開關過程分析

下面主要在其自身寄生參數的影響下來分析干擾波形的成因。

3.1FLYBACK電路寄生參數特性

FLYBACK實際工作波形受（PCB）寄生電感、變壓器的漏感、變壓器的寄生（電容）、器件自身的寄生參數等因素的影響。

圖3-1表示了FLYBACK寄生參數的示意圖。其中Cin和Co為輸入輸出電容，Lk為變壓器漏感和原邊側PCB走線的寄生電感，Cp和Cs分別為變壓器原副邊繞組的寄生電容，Cm和Cd為開關管的寄生電容，Lo為副邊PCB走線和副邊等效漏感的寄生電感。

圖3-1反激變換器寄生參數

3.2MOS管在CCM下的關斷過程分析

3.2.1CCM模式下初始狀態(tài)

STEP1：T0前MOSFET管處于導通狀態(tài)，DIODE處于截止狀態(tài)；

STEP2：T0時刻驅動（信號）為低電平，使MOSFET由關斷進入截止狀態(tài)；

注：圖3-2為T0時刻MOSFET管開始關斷到截止過程示意圖，圖中Rm為MOSFET的導通電阻，Rd為DIODE的導通電阻。

圖3-2MOSFET在T0時刻由關斷到截止過程示意圖-T0前時刻

圖3-2MOSFET在T0時刻由關斷到截止過程示意圖-T0關斷時刻

圖3-2MOSFET在T0時刻由關斷到截止過程示意圖-T0后截止時刻

3.2.2MOSFET的關斷到截止過程

STEP1：當T0前時刻，輸入端對Lk、Cp、Cin進行充電；

STEP2：當T0關斷時刻，Lk、Cp、Cin要進行能量釋放，在輸入環(huán)路與Cm等形成LC強烈的震蕩電壓與震蕩電流，疊加在MOSFET的電壓和電流波形上，形成較大的電壓尖峰震蕩和較大的電流尖峰震蕩，這就是我們在實際波形測試時，MOSFET管出現(xiàn)關斷時刻電壓尖峰震蕩和電流尖峰震蕩的原因；

STEP3：截止時刻時，Lk、Cp能量釋放為零，MOSFET管完全截止；

3.2.3DIODE的開通到導通過程

由于FLYBACK的特點，DIODE與MOSFET在T0時刻的過程相反。

STEP1：當T0前時刻，DIODE處于截止狀態(tài)，并對Cs充電；

STEP2：T0時刻DIODE開始導通，Cs開始放電與Cd、Lo、Co形成LC震蕩回路，但是由于T0前Lo、Cd的能量為零及Cs為pF級的儲存的能量少，使得LC回路形成很小的電壓尖峰震蕩和電流尖峰震蕩，當這就是我們觀測DIODE的電壓和電流時在開通時刻有比較小的電壓和電流尖峰震蕩的原因；

STEP3：MOSFET完全截止時，DIODE完全導通時，并對Cd、Lo、Co、Cs進行充電。

3.3MOS管在CCM下的開通過程分析

3.3.1CCM模式下初始狀態(tài)

STEP1：T1前MOSFET管處于截止狀態(tài)，DIODE處于導通狀態(tài)；

STEP2：T1時刻驅動信號為高電平，使MOSFET由開通進入導通狀態(tài)，圖3-3為T1時刻MOSFET管從開通到導通過程示意圖；

MOSFET在T1時刻由開通到導通過程示意圖-T1前時刻

3.3.2MOSFET的開通到導通過程

MOSFET的開通到導通的時刻正是DIODE由關斷到截止的過程；

STEP1：當T1前時刻，輸出回路對Lo、Cs、Co、Cd進行充電；

STEP2：當T1開通時刻，Lo、Cs、Co、Lo要進行能量釋放，在輸出環(huán)路形成LC強烈的震蕩電壓與震蕩電流，疊加在DIODE的電壓和電流波形上，形成較大的電壓尖峰震蕩和較大的電流尖峰震蕩，這就是我們在實際波形測試時，DIODE管出現(xiàn)關斷時刻電壓尖峰震蕩和電流尖峰震蕩的原因；

STEP3：導通時刻時，Cs、Lo能量釋放為零，DIODE管完全截止。

3.3.3DIODE的關斷到截止過程

由于FLYBACK的特點，DIODE與MOSFET在T1時刻的過程相反；

STEP1：當T1前時刻，MOSFET處于截止狀態(tài)，并對Cp充電；

STEP2：T1時刻MOSFET開始導通，Cp開始放電與Cin、Lk、Cm形成LC震蕩回路，但是由于T1前Lk、Cm的能量為零及Cp為pF級的儲存的能量少，使得LC回路形成很小的電壓尖峰震蕩和電流尖峰震蕩，當這就是我們觀測MOSFET管的電壓和電流時在開通時刻有比較小的電壓和電流尖峰震蕩的原因；

STEP3：MOSFET完全導通時，就是DIODE完全截止時，并對Cin、Lk、Cm、Cp進行充電；

4.思考與啟示

（1）FLYBACK的噪聲源為功率管開關形成的dV/dt和di/dt；

（2）功率回路