RCD電路作為一種簡單、有效的鉗位電路在反激、正激等電路中經常會被使用,但RCD電路的參數需要精心設計才能達到理想效果并且RCD電路還存在著固有缺陷,本文就以反激電路為例對RCD電路進行展開分析并提出改進方案直至最后的自驅有源鉗位方案。
一、RCD電路在反激電路上的工作原理分析
圖1-1 RCD鉗位的反激電路
將反激電路做等效變換,并將工作過程分成導通、截止兩步,如下圖:
圖1-2 等效反激電路工作過程
如圖1-2所示RCD電路同負載一樣也會消耗勵磁電感能量,但此過程只發生在漏感電流為零之前,由此可以推出RCD電路的損耗公式:
公式(1-1)
進而得出RCD電路中的電阻Rc和電容Cc公式:
公式(1-2)
公式(1-3)
(Vclamp鉗位電壓、Vor反射電壓、fs開關頻率、△V電壓波動、Lk初次級漏感總和)
二、RCD電路參數對效率的影響。
在實際電路中由于寄生電容、二極管反向恢復、漏感測不準等因素上述計算結果要加以修正。
這里假設為理想系統不存在開關損耗、變壓器損耗等,只分析RCD電路對系統效率的影響,參數設置及推導如下:
在上述公式中系數k表漏感百分比(取0~0.05),系數a表鉗位電壓與反射電壓之比(>1),系數r表電流紋波率(r<2為連續模式,r=2為臨界或斷續模式)。
通過上述效率公式可以得出RCD電路種各參數對效率的影響情況:
圖1-3 DCM模式不同Vclamp效率與漏感的關系
圖1-3為DCM模式,顯示漏感越小效率越高,鉗位電壓Vclamp越大效率越高。
圖1-4 CCM模式不同r下效率與漏感的關系
圖1-4為CCM模式,同DCM模式一樣漏感越小效率越高,但連續模式越深效率越低。其原理可從如下角度分析:
圖1-5 CCM模式下RCD比重高于DCM模式
圖1-5是同開關損耗做類比, RCD損耗為恒定不變隨著連續深度的增加(r減小)等效開關頻率升高,RCD損耗所占的比重也隨之增加結果導致CCM模式下RCD電路效率更低。
圖1-6 CCM模式不同r效率與鉗位電壓的關系
圖1-6反映的是DCM及CCM模式下效率與鉗位電壓Vclamp的關系,一般建議取Vclamp/Vor>1.3。
三、放置在不同位置的RCD電路效率對比
圖1-7 高端和低端RCD及等效電路對比
如上圖所示放置在低端的RCD電路要比放置在高端的RCD電路多出個輸入電壓Vin損耗,設Vin=100V效率對比如下:
圖1-8 高端與低端RCD效率對比
圖1-8顯示高端RCD效率要高于低端RCD,所以實際電路基本都是采用高端RCD結構。