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杜佐兵
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反激變換器的設計連載-RCD吸收電路設計
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反激變換器的設計連載-RCD吸收電路設計

基本的反激變換器原理圖如下所示,在需要對輸入輸出進行電氣隔離的低功率<75W~的開關電源應用場合,反激變換器(Flyback Converter)是最常用的一種拓撲結構(Topology)。簡單、可靠、低成本、易于實現是反激變換器突出的優點。接下來我將電源的關鍵部分的設計進行說明!

RCD吸收電路的計算結果如下:(上文已完成變壓器關鍵設計)

反激變換器在MOS 關斷的瞬間,由變壓器漏感LLK 與MOS 管的輸出電容造成的諧振尖峰加在MOS 管的漏極,如果不加以限制,MOS 管的壽命將會大打折扣。因此需要采取措施,把這個尖峰吸收掉。

因此反激的RCD吸收電路設計對FLY的EMI及MOS的應力都有比較大的影響。對于<75w的FLY設計;為了保證其參數的最佳化設計:

開關MOS管關斷時的實際波形圖

注意:RCD吸收電路的設計對系統的EMI也會有很大的改善!

■RCD吸收電路 (DS, CS,RS) 將改變MOSFET 關斷時的突波振幅與振蕩頻率,

  進而改變了雜訊頻譜。

■電壓Vds波形改變了共模雜訊,電流ID波形改變了差模雜訊。

 

對于電路在EMI上的設計可參考我的文章:

《FLY反激的RCD吸收電路設計分析》

 

RCD的鉗位電路設計理論依據:

 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鉗位電路

 

對于本設計我將理論和實際相結合;對于有機會看到文章的朋友,對設計有個更快速直觀的認知;并且對于同類的設計直接分辨出優劣及問題!

 

我們先從理論計算上給出我的計算方法:

RClamp由下式決定:其中Vclamp一般比反射電壓Vor高出50~100V,LLK為變壓器初級漏感,以實測為準(本設計例中電感為280uH,實測的最大漏感為20uH):

變壓器的規格參數-可參考我的文章:

《小于75W反激變換器的設計連載-3(關鍵設計部分)》

CClamp由下式決定:其中Vripple一般取Vclamp的5%~10%是比較合理的:

參考理論如下:

通過計算公式得出理論計算數據如下:

理論的計算數據得出的分析原理結構圖如下:

實際測試RCD鉗位電容的電壓波形Data分析:

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參數進行優化設計,下面分析其工作原理:當MOS-D關斷時,漏感Lk釋能,二極管Ds導通時,C上電壓瞬間充上去,然后D截止,C通過R放電。

 

設計的關鍵細節分析如下:

A.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(a);B.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Vor附近,即鉗位電阻變為死負載,一直在消耗磁芯能量,見圖(b);C.若RC值太小,C上電壓很快會降到副邊反射電壓,故在MOS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(c):D.如果RC值取得比較合適,到MOS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(d),這種情況鉗位效果較好,但電容峰值電壓大,器件應力高。

注意:B和C兩種方式是不允許的,

A種方式電壓變化緩慢,能量不能被迅速傳遞;

D種方式電壓峰值大,器件應力大。

E.可折衷處理:在第D種方式基礎上增大電容,降低電壓峰值,同時調節R,使到開關MOS開通時,C上電壓放到接近副邊反射電壓,之后RC繼續放電至開關MOS下次開通,如圖(e)所示。

 

我們進行實際參數的具體取值進行測試分析:

小的吸收電阻對開關MOS的開關應力確實有幫助;關鍵點要注意我們電路設計的要解決的問題點在哪兒?建議采用最佳設計來滿足電路要求!

R=47K/2W  C=2.2nF/630V D=FR207

CH1: MOS-VDS   CH4: UC(鉗位電容電壓)

R=100K/2W  C=2.2nF/630V D=FR207

CH1: MOS-VDS   CH4: UC(鉗位電容電壓)

R=100K/2W  C=4.7nF/630V D=FR207

CH1: MOS-VDS   CH4: UC(鉗位電容電壓)

測試結論:R=47KR/2W- 100KR/2W C=2.2nF/630V的 RC參數是可行的!

在我的這個設計方案;我同時對RCD參數進行過極端參數評估,

實踐與理論的評估先保留!后期如碰到案例再分享給大家。

我們在實際的應用過程中;對系統的待機功耗及效率甚至EMI有更高的要求時RCD吸收電路會有較多的派生電路;提供設計給大家參考!

針對需要最低空載功耗最高輕載效率和最低的EMI應用

 

根據上面的結構組合,我還有其它吸收電路組合;在實際應用時,可以與本作者Adu-EMC交流!

聲明:本內容為作者獨立觀點,不代表電子星球立場。未經允許不得轉載。授權事宜與稿件投訴,請聯系:editor@netbroad.com
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  • Eason-lu 2023-06-30 18:31
    杜老師發我一份可以嗎?401095611@qq.com
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  • andyiodo 2023-03-07 20:03
    杜老師,RCD的Excel表格方便發我郵箱115638686@qq.com,謝謝!
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  • xu159753 2022-09-16 10:18
    杜老師,你好,RCD的計算表格方便發一下嗎?郵箱:576897215@qq.com,謝謝!
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  • 三號線電源攻城獅 2022-04-03 22:23
    怎么看不到內容?
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