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開關電源RCD鉗位電路的工作原理解析

返回列表來源:壹芯微 發布日期 2024-01-24 瀏覽:-

開關電源RCD鉗位電路的工作原理解析

一、RCD鉗位電路

反激式開關電源的RCD鉗位電路由電阻R1、電容C1和二極管D1組成,如下圖,其中:Lk為變壓器的漏感,Lp為變壓器原邊繞組電感、Cds為Q1的寄生電容、T1為變壓器、Q1是開關管、D2是輸出整流二極管,E1是輸出濾波電容。

變壓器漏感Lk與原邊電感Lp串聯,原邊電感Lp與變壓器T1并聯。原邊電感Lp的能量可通過理想變壓器T1耦合至副邊,給后端負載提供能量。但變壓器漏感Lk的能量無法耦合至副邊,只能通過寄生電容釋放能量,引起的尖峰電壓,可以通過電阻R1吸收回路吸收能量。

1、工作原理

為了簡化,其他的元器件已去掉,工作過程:Vin是整流之后的直流脈動電壓,當開關管Q1關斷時,漏極電流迅速下降,變壓器原邊電流給Cds充電,D1導通。由于C1容值遠大于Cds,所以Lk釋放的能量主要給C1充電。

由于電容電壓具有不能突變的特性,且電容值越大電壓變化率越小,因此C1的存在,降低了開關管漏源電壓尖峰值,減小了開關管電壓變化率,電源的EMI也就較好。

當繞組中的電流反向時,D1截止,C1充電結束,此時C1通過R1放電,C1吸收的漏感能量通過R1來消耗。
11.png

2、Uds關鍵波形分析

1)下圖是開關管Q1的Vds電壓隨著時間變化的波形圖,t1時刻前也就是縱坐標為零時候,Q1導通,由于變壓器原邊電感較大,且電感兩端電壓與電流變化率成正比,因此流經漏感電流線性上升,到t1時刻,Q1斷開;

2)t1至t2時刻時,由于變壓器原邊電感的作用,流經變壓器的原邊電流基本不變,且此時RCD鉗位電路中的二極管關斷,輸出電路的二極管D2反向截止。這一階段可以認為是變壓器的原邊電流對Q1的寄生電容Cds恒流充電。

而在此時電容C1向R1緩慢放電,當漏極電壓大于整流后的輸入電壓與變壓器副邊的反饋電壓之和后,變壓器原邊的能量耦合到副邊,并經整流二極管D2整流,以及E1電容濾波之后開始向負載提供能量。

3)t2時刻后,ds大于輸入電壓與C1此時的兩端電壓之和,二極管D1導通,流經D1的電流急劇上升,同時鉗位電容C1不斷充電,直至t3時刻變壓器原邊電流下降為零時,二極管D1再次關斷,此時漏極電壓升至最大值。

4)t3時刻后由于寄生電容Cds兩端電壓大于輸入電壓,將有一反向電壓加在變壓器原邊兩端,因此,Cds與變壓器原邊勵磁電感及其漏感開始諧振,諧振期間,開關管的漏極電壓逐漸下降,儲存于Cds中的能量的一部份將轉移到副邊,另一部分能量返回輸入電源,直到諧振結束,漏極電壓穩定至直流輸入電壓(Vin)與變換器次級反射電壓(Vor)之和大小。

為方便理解,對Q1關斷時候的尖峰端Uds的波形電壓解剖分析,在下圖中,Vdsmax=Vinmax+Vor+Vspike,其中:

Vds:Q1中D與S兩端電壓

Vin:直流輸入電壓

Vor:變壓器次級反射電壓

Vspike:變壓器初級漏感造成的尖峰電壓
12.png

3、RCD不同電阻下的波形分析

RCD鉗位電路當中,選擇合適的電阻電容對于能量吸收以及輸出效率和芯片發熱起著關鍵的作用,有些開關電源是不需要RCD等其他吸收電路的,具體電路具體分析,去掉之后芯片內置MOS管可能會容易損壞,因此,一般都要增加吸收電路。

如下圖是反激式開關電源局部電路,看看改變電阻R1阻值,Uds波形參數會有什么變化,取R1分別等于360K、180K、106K,市電輸入190VAC、相同負載情況下測試的波形。
13.png

1) R1=360K

從下圖可以看出來,在R1=360K時候,Vds=548.6V
14.png

2) R1=180K

從下圖可以看出來,在R1=180K時候,Vds=481.0V
15.png

3) R1=108K

從下圖可以看出來,在R1=106K時候,Vds=457.6V
16.png

從以上三張圖可以看出,電阻越小,Vds電壓越小,這是由于放電電流越快,因為C1吸收的能量靠電阻來消耗,但是R1過小會增大變壓器能量損耗;

事實上,電容值過大時,電容兩端電壓上升緩慢,變壓器原邊的能量不能快速傳遞到變壓器副邊;電容值過小,電容上電壓很快會降到變壓器副邊反射電壓,在開關管導通之前,箱位電路電阻將成為反激開關電源的死負載,消耗變壓器的磁芯能量,降低整個電路效率。

二、總結

電容電阻都需要選擇合適,如電壓峰值比較大,那么電容的電壓應力大,在滿足箱位電路功能的作用情況下,可進行電容值的增大電容,從而可以降低電壓電壓峰值;

同時需要調節箝位電路的電阻值,使得幵關管導通時,電容上電壓降為接近變壓器副邊反射電壓,之后電容對電阻繼續放電至開關管再次導通。

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