RCD鉗位電路設(shè)計(jì)

0引言單端反激式開關(guān)電源具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸入輸出電氣隔離、電壓升降范圍寬、易于多路輸 出、可靠性高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于小功率場(chǎng)合。然而,由于漏感影響,反激變換器功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)將引起電壓尖峰,必須用鉗位電路加以抑制。由于 RCD鉗位電路比有源鉗位電路更簡(jiǎn)潔且易實(shí)現(xiàn),因而在小功率變換場(chǎng)合RCD鉗位更有實(shí)用價(jià)值。1漏感抑制變壓器的漏感是不可消除的,但可以通過合理的電路設(shè)計(jì)和繞制使之減小。設(shè)計(jì)和繞制是否合理,對(duì)漏感的影響是很明顯的。采用合理的方法,可將漏感控制在初級(jí)電感的2左右。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合變壓器磁芯的選擇和初級(jí)匝數(shù)的確定,盡量使初級(jí)繞組可緊密繞滿磁芯骨架一層或多層。繞制時(shí)繞線要盡量分布得緊湊、均勻,這樣線圈和磁路空間上更接近垂直關(guān)系,耦合效果更好。初級(jí)和次級(jí)繞線也要盡量靠得緊密。2RCD鉗位電路參數(shù)設(shè)計(jì)2.1變壓器等效模型圖1為實(shí)際變壓器的等效電路,勵(lì)磁 電感同理想變壓器并聯(lián),漏感同勵(lì)磁電感串聯(lián)。勵(lì)磁電感能量可通過理想變壓器耦合到副邊,而漏感因?yàn)椴获詈?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(huì)引起EMI問題,嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀器件,為抑制其影響,可在變壓器初級(jí)并聯(lián)無(wú)源RCD鉗 位電路,其拓?fù)淙鐖D2所示。2.2鉗位電路工作原理引入RCD鉗位電路,目的是消耗漏感能量,但不能消耗主勵(lì)磁電感能量,否則會(huì)降低電路效率。要做到這點(diǎn)必須對(duì)RC參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),下面分析其工作原理：當(dāng)S1關(guān)斷時(shí),漏感Lk釋能,D導(dǎo)通,C上電壓瞬間充上去,然后D截止,C通過R放電。1)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3(a);2)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附近,即鉗位電阻變?yōu)樗镭?fù)載,一直在消耗磁芯能量,見圖3(h);3)若RC值太小,C上電壓很快會(huì)降到副邊反射電壓,故在St開通前,鉗位電阻只將成為反激變換器的死負(fù)載,消耗變壓器的能量,降低效率,見圖3(c)：4)如果RC值取得比較合適,使到S1開通時(shí),C上電壓放到接近副邊反射電壓,到下次導(dǎo)通時(shí),C上能量恰好可以釋放完,見圖3(d),這種情況鉗位效果較好,但電容峰值電壓大,器件應(yīng)力高。第 2)和第3)種方式是不允許的,而第1)種方式電壓變化緩慢,能量不能被迅速傳遞,第4)種方式電壓峰值大,器件應(yīng)力大?？烧壑蕴幚?在第4)種方式基礎(chǔ) 上增大電容,降低電壓峰值,同時(shí)調(diào)節(jié)R,使到S1開通時(shí),C上電壓放到接近副邊反射電壓,之后RC繼續(xù)放電至S1下次開通,如圖3(e)所示。2.3參數(shù)設(shè)計(jì)S1 關(guān)斷時(shí),Lk釋能給C充電,R阻值較大,可近似認(rèn)為L(zhǎng)k與C發(fā)生串聯(lián)諧振,諧振周期為TLC=2、LkC,經(jīng)過14諧振周期,電感電流反向,D截止, 這段時(shí)間很短。由于D存在反向恢復(fù),電路還會(huì)有一個(gè)衰減振蕩過程,而且是低損的,時(shí)間極為短暫,因此叮以忽略其影響?？傊?C充電時(shí)間是很短的,相對(duì)于整 個(gè)開關(guān)周期,可以不考慮。對(duì)于理想的鉗位電路工作方式,見圖3(e)。S1關(guān)斷時(shí),漏感釋能,電容快速充電至峰值Vcmax,之后RC放電。由于充電過程非常短,可假設(shè)RC放電過程持續(xù)整個(gè)開關(guān)周期。RC值的確定需按最小輸入電壓,最大負(fù)載,即最大占空比條件工作選取,否則,隨著D的增大,副邊導(dǎo)通時(shí)間也會(huì)增加,鉗位電容電壓波形會(huì)出現(xiàn)平臺(tái),鉗位電路將消耗主勵(lì)磁電感能量。對(duì)圖3(c)工作方式,峰值電壓太大,現(xiàn)考慮降低Vcmax。Vcmax只有最小值限制,必須大于副邊反射電壓可做線性化處理來設(shè)定Vcmax,如圖4所示,由幾何關(guān)系得為保證S1開通時(shí),C上電壓剛好放到需滿足將(1)式代入(2)式可得對(duì)整個(gè)周期RC放電過程分析,有根據(jù)能量關(guān)系有式中：IpkLk釋能給C的電流峰值將式(1)和式(4)代人式(5),得結(jié)合式(3),得電阻功率選取依據(jù)式中：fs為變換器的工作頻率。3實(shí)驗(yàn)分析輸入直流電壓30(12)v,輸出12VlA,最大占空比Dmax=0.45,采用UC3842控制,工作于DCM方式,變壓器選用CER28A型磁芯,原邊匝數(shù)為24匝,副邊取13匝。有關(guān)實(shí)驗(yàn)波形如圖5圖8所示。圖7顯示在副邊反射電壓點(diǎn)沒有出現(xiàn)平臺(tái),說明結(jié)果與理論分析吻合。4結(jié)語(yǔ)按照文中介紹的方法設(shè)計(jì)的鉗位電路,可以較好地吸收漏