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!