基本的反激变换器原理图如下所示,在需要对输入输出进行电气隔离的低功率<75W~的开关电源应用场合,反激变换器(Flyback Converter)是最常用的一种拓扑结构(Topology)。简单、可靠、低成本、易于实现是反激变换器突出的优点。接下来我将电源的关键部分的设计进行说明!
RCD吸收电路的计算结果如下:(上文已完成变压器关键设计)
反激变换器在MOS 关断的瞬间,由变压器漏感LLK 与MOS 管的输出电容造成的谐振尖峰加在MOS 管的漏极,如果不加以限制,MOS 管的寿命将会大打折扣。因此需要采取措施,把这个尖峰吸收掉。
因此反激的RCD吸收电路设计对FLY的EMI及MOS的应力都有比较大的影响。对于<75w的FLY设计;为了保证其参数的最佳化设计:
开关MOS管关断时的实际波形图
注意:RCD吸收电路的设计对系统的EMI也会有很大的改善!
■RCD吸收电路 (DS, CS,RS) 将改变MOSFET 关断时的突波振幅与振荡频率,
进而改变了杂讯频谱。
■电压Vds波形改变了共模杂讯,电流ID波形改变了差模杂讯。
对于电路在EMI上的设计可参考我的文章:
《FLY反激的RCD吸收电路设计分析》
RCD的钳位电路设计理论依据:
励磁电感能量可通过理想变压器耦合到副边,而漏感因为不耦合,能量不能传递到副边,如果不采取措施,漏感将通过寄生电容释放能量,引起电路电压过冲和振荡,影响电路工作性能,还会引起EMI问题,严重时会烧毁器件,为抑制其影响,可在变压器初级并联无源RCD钳位电路
对于本设计我将理论和实际相结合;对于有机会看到文章的朋友,对设计有个更快速直观的认知;并且对于同类的设计直接分辨出优劣及问题!
我们先从理论计算上给出我的计算方法:
RClamp由下式决定:其中Vclamp一般比反射电压Vor高出50~100V,LLK为变压器初级漏感,以实测为准(本设计例中电感为280uH,实测的最大漏感为20uH):
变压器的规格参数-可参考我的文章:
《小于75W反激变换器的设计连载-3(关键设计部分)》
CClamp由下式决定:其中Vripple一般取Vclamp的5%~10%是比较合理的:
参考理论如下:
通过计算公式得出理论计算数据如下:
理论的计算数据得出的分析原理结构图如下:
实际测试RCD钳位电容的电压波形Data分析:
引入RCD钳位电路,目的是消耗漏感能量,但不能消耗主励磁电感能量,否则会降低电路效率。要做到这点必须对RC参数进行优化设计,下面分析其工作原理:当MOS-D关断时,漏感Lk释能,二极管Ds导通时,C上电压瞬间充上去,然后D截止,C通过R放电。
设计的关键细节分析如下:
A.若C值较大,C上电压缓慢上升,副边反激过冲小,变压器能量不能迅速传递到副边,见图(a);B.若C值特别大,电压峰值小于副边反射电压,则钳位电容上电压将一直保持在副边反射电压Vor附近,即钳位电阻变为死负载,一直在消耗磁芯能量,见图(b);C.若RC值太小,C上电压很快会降到副边反射电压,故在MOS开通前,钳位电阻只将成为反激变换器的死负载,消耗变压器的能量,降低效率,见图(c):D.如果RC值取得比较合适,到MOS开通时,C上电压放到接近副边反射电压,到下次导通时,C上能量恰好可以释放完,见图(d),这种情况钳位效果较好,但电容峰值电压大,器件应力高。
注意:B和C两种方式是不允许的,
A种方式电压变化缓慢,能量不能被迅速传递;
D种方式电压峰值大,器件应力大。
E.可折衷处理:在第D种方式基础上增大电容,降低电压峰值,同时调节R,使到开关MOS开通时,C上电压放到接近副边反射电压,之后RC继续放电至开关MOS下次开通,如图(e)所示。
我们进行实际参数的具体取值进行测试分析:
小的吸收电阻对开关MOS的开关应力确实有帮助;关键点要注意我们电路设计的要解决的问题点在哪儿?建议采用最佳设计来满足电路要求!
R=47K/2W C=2.2nF/630V D=FR207
CH1: MOS-VDS CH4: UC(钳位电容电压)
R=100K/2W C=2.2nF/630V D=FR207
CH1: MOS-VDS CH4: UC(钳位电容电压)
R=100K/2W C=4.7nF/630V D=FR207
CH1: MOS-VDS CH4: UC(钳位电容电压)
测试结论:R=47KR/2W- 100KR/2W C=2.2nF/630V的 RC参数是可行的!
在我的这个设计方案;我同时对RCD参数进行过极端参数评估,
实践与理论的评估先保留!后期如碰到案例再分享给大家。
我们在实际的应用过程中;对系统的待机功耗及效率甚至EMI有更高的要求时RCD吸收电路会有较多的派生电路;提供设计给大家参考!
针对需要最低空载功耗最高轻载效率和最低的EMI应用
根据上面的结构组合,我还有其它吸收电路组合;在实际应用时,可以与本作者Adu-EMC交流!