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反激變換器的RCD吸收回路設計
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摘要: 當MOSFET關斷時,就會有一個高壓尖刺出現在其漏極上。這是由于主變壓器的漏感和MOSFET輸出電容諧振造成的,在漏極上過高的電壓可能會擊穿MOSFET,為此就必須增加一個附加電路來鉗制這個電壓。在此技術范圍,我們介紹反激變換器的RCD吸收回路。
關鍵詞: 變換器 RCD 吸收回路
Abstract:
Key words :

        當MOSFET關斷時,就會有一個高壓尖刺出現在其漏極上。這是由于主變壓器的漏感和MOSFET輸出電容諧振造成的,在漏極上過高的電壓可能會擊穿MOSFET,為此就必須增加一個附加電路來鉗制這個電壓。在此技術范圍,我們介紹反激變換器RCD吸收回路
  -、簡介
  反激變換器是結構最簡單的電路拓撲之一。它直接從一個Buck ̄Boost變換器放一個電感與之耦合而成,也就是一個加入氣隙的變壓器。當主功率開關導通時,能量存在變壓器中,在開關關斷時,又將能量送到輸出級。由于在主功率開關導通時變壓器需要儲能,因而磁心要加氣隙。由于反激式需要的元器件很少,因而是中小功率電源常用的電路拓撲。例如:充電器、適配器及DVD播放機等。

 
                                                                                                    圖1反激變換器的電路
                            (a)具有寄生元器件的反激變換器;(b)CCM方式工作波形;(c)DCM方式工作波形
  圖1 給出反激變換器在連續導通型工作(CCM)和斷續導通型工作(DCM)的幾個寄生元器件。如一次級間漏感、MOSFET的輸出電容、二次側二極管的結電容等。當MOSFET關斷時,一次電流Id給MOSFET的Coss充電,此電壓力加在Coss上,Vds超過輸入電壓,加上了折返的輸出電壓VIN+Nv。,二次側二極管導通。電感Lm上的電壓鉗在Nvo,也就是LIK1與Coss之間的高頻諧振及高浪涌,在CCM工作模式下,二次側二極管一直導通,直到MOSFET再次導通。因此當MOSFET導通時,二次側二極管的反轉恢復電流要疊加到一次電流上。于是,在一次就有一個大的浪涌出現在導通時,此即意味著對于DCM工作情況,因二次側電流在一個開關周期結束之前已經干涸。所以Lm與Coss之前才有一個諧振。
  二、吸收回路設計
  由于LIK1與Coss之間的諧振造成的過度高電壓必須為電路元器件能接受的水平,為此必須加入一個電路,以保護主開關MOSFET。RCD吸收回路及關鍵波形示于圖2和圖3所示。它當Vds超出VIN+nV時,RCD吸收回路使吸收二極管VDsn導通的方法來吸收漏感的電流。假設吸收回路電容足夠太,其電壓就不會超出。
  當MOSFET關斷時,Vds充電升到VIN+nV。一次電流通過二極管VDsn到達吸收回路的電容Csn處,二次側的整流管在同時導通。因此其上的電壓為Vsn-nV,Isn的斜率如下:

     圖2反激變換器的RCD吸收回路

    圖3加入吸收回路的DCM關鍵波形
  式中:isn是流進吸回路的電流;Vsn是吸收回路電容上的電壓;n是主變壓器匝數;LIK1是主變壓器的漏感。因此,時時TS可以從下式求出:

  式中:Ipeak是一次電流的峰值。
  吸收回路電容電壓,Vsn在最低輸人電壓及滿載條件下決定。-旦Vsn定了,則吸收回路的功耗在最低輸人電壓及滿載條件下為:

  式中:fs是開關頻率;Vsn為2~2.5倍的nVo,從公式中看出非常小的Vsn使吸收回路損耗也減小。
  另一方面,由于吸收回路電Rsn的功耗為,我們可以求得電阻:

  然后吸收回路的電阻選用合適的功率來消耗此能量,電容上的最太紋波電壓用下式求出:

  通常5% - 10%的紋波是可以允許的,困此,吸收回路的電容也可用上式求出。
  當變換器設計在CCM工作模式下時,峰值漏電流與吸收回路電容電壓一起隨輸入電壓增加而減少。吸收回路電容電壓在最高輸入電壓和滿戴時可由下式求出:
  式中:fs為開關頻率;LIK1為一次漏感;n為變壓器匝數比;Rsn為吸收回路電阻;Ipeak2為一次在最高輸入電壓和滿載時的峰值電流。當變換器工作在CCM
狀態,又是最高輸入電壓及滿載條件Ipeak2表示如下:

  式中:PIN為輸入功率;Im變壓器勱磁電感。VDCmax為整流的最高輸人電壓值Vdc。
  如果在瞬間過渡時及穩態時Vds的最高值低于MOSFET 的BVdss電壓的90%和80%,則吸收回路二極管的耐壓要高于BVdss,可以選用一個超快恢復二極管為1A電流,耐壓120%BVdss。
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