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開關電源RCD鉗位電路原理介紹,Uds關鍵波形分析

欄目:電源知識 發(fā)布時間:2023-06-15
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

  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。

  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(wěn)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

  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(fā)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。

  1) R1=360K

  從下圖可以看出來,在R1=360K時候,Vds=548.6V

  2) R1=180K

  從下圖可以看出來,在R1=180K時候,Vds=481.0V

  3) R1=108K

  從下圖可以看出來,在R1=106K時候,Vds=457.6V

  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(jié)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(xù)放電至開關管再次導通。

  內容來源:開關電源RCD鉗位電路的工作原理