反激式變換器中RCD箝位電路的設(shè)計(jì)

在反激式變換器中，箝位電路采用RCD 形式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，本
文詳細(xì)論述了該種電路的設(shè)計(jì)方法。
Abstract: The application of RCD circuit in converter can realize low cost and
low parts cout .How to design that circuit is introduced.
Keyword: RCD clamp, Flyback converter

一、 引言
反激式變換器具有低成本，體積小，易于實(shí)現(xiàn)多路輸出等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用
于中小功率(≤100w)的電源中。
但是，由于變壓器漏感的存在及其它分布參數(shù)的影響，反激式變換器在開(kāi)關(guān)管關(guān)
斷瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰電壓，這個(gè)尖峰電壓嚴(yán)重危脅著開(kāi)關(guān)管的正常工作，必
須采取措施對(duì)其進(jìn)行抑制，目前，有很多種方法可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，其中的RCD
箝位法以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉的特點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用，但是，由于RCD箝位電
路的箝位電壓會(huì)隨著負(fù)載的變化而變化，如果參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，該電路或者會(huì)降
低系統(tǒng)的效率，或者會(huì)達(dá)不到箝位要求而使開(kāi)關(guān)管損壞，本文介紹了反激式變換
器中的RCD箝位電路的基本原理，給出了一套較為實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。

二、 反激式變換器中RCD箝位電路的工作原理
圖為RCD 箝位
電路在反激式
變換器中的應(yīng)
用。
圖中：Vclamp:
箝位電容兩端
間的電壓
Vin:輸入電壓
VD:開(kāi)關(guān)管漏極
電壓
Lp:初級(jí)繞組的
電感量
Llk:初級(jí)繞組的漏感量

該圖中RCD箝位電路的工作原理是：當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，能量存儲(chǔ)在Lp和Llk中，當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)閉時(shí)，Lp中的能量將轉(zhuǎn)移到副邊輸出,但漏感Llk中的能量將不會(huì)傳遞到副
邊。如果沒(méi)有RCD箝位電路，Llk 中的能量將會(huì)在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間轉(zhuǎn)移到開(kāi)關(guān)管
的漏源極間電容和電路中的其它雜散電容中，此時(shí)開(kāi)關(guān)管的漏極將會(huì)承受較高的
開(kāi)關(guān)應(yīng)力。若加上RCD 箝位電路，Llk中的大部分能量將在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間轉(zhuǎn)移
到箝位電路的箝位電容上，然后這部分能量被箝位電阻Rc消耗。這樣就大大咸少
了開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力。
三、 RCD 箝位電路的設(shè)計(jì)
在RCD 箝位電路中電阻 Rc和電容Cc的取值都比較大，因此，箝位電容Cc上的電
壓在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期不會(huì)有較大的變化，這樣，我們可以用一個(gè)恒定值 Vclamp來(lái)
表示箝位電容兩端的電源。在此基礎(chǔ)上我們可以按以下幾個(gè)步驟來(lái)設(shè)計(jì)RCD箝位
電路。
步驟一：確定箝位電壓Vclamp

圖2表示的是采用RCD 箝
位的反激變換器的開(kāi)關(guān)管
的漏極電壓。
圖中：VOR：次級(jí)到初級(jí)
的折射電壓
Vclamp：箝位電容Cc兩端
的箝位電壓
VBR(DSS)：開(kāi)關(guān)管的漏源
極擊穿電壓
VINMAX：最大輸入直流
電壓
由圖可見(jiàn)，箝位電壓Vclamp與開(kāi)關(guān)管的VBR(DSS)及輸入最高電壓有關(guān)，如果考慮
0.9的降額使用系數(shù)，可用下式來(lái)確定Vclamp的大小

步驟二：確定初級(jí)繞組的漏感量Llk
初級(jí)繞組的漏感量可以通過(guò)測(cè)試來(lái)獲得，常用方法是，短路各個(gè)次級(jí)繞組測(cè)試此
時(shí)的初級(jí)繞組的感量，這個(gè)值就是初級(jí)繞組的漏感量。需要注意的是，測(cè)試頻率
應(yīng)采用變換器的工作頻率。
當(dāng)然，批量生產(chǎn)時(shí)不可能采取逐個(gè)測(cè)試的方法，這時(shí)，可確定一個(gè)百分比來(lái)估計(jì)
整個(gè)批次的漏感值，這個(gè)百分比通常是在1%--5%。
步驟三：確定箝位電阻Rc
前文提到，箝位電容Cc兩端的電壓可用恒定值Vclamp表示，因此箝位電阻消耗的功率為：

式中：PR-clamp：箝位電阻消耗的功率另一方面從能量守恒原則考慮，存在以下關(guān)系：

步驟五：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
上述計(jì)算結(jié)果，應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)中得以驗(yàn)證，此時(shí)應(yīng)該觀察各種輸入電壓及負(fù)載情況下的箝位電壓波形，同時(shí)還要考慮元器件的選型是否合理，比如，箝位電阻的功率選擇應(yīng)考慮1/3降額使用，箝位電容應(yīng)選擇具有低的串聯(lián)等效電阻和低的等效電
感的電容，箝位二極管應(yīng)選擇反向擊穿電壓高于開(kāi)關(guān)管的漏源擊穿電壓且反向恢
復(fù)時(shí)間盡可能短的超快恢復(fù)二極管。另外，上述計(jì)算過(guò)程并沒(méi)有考慮寄生參數(shù)的
影響 ，所以我們應(yīng)以計(jì)算值為基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的情況適當(dāng)調(diào)整，很快就可得到滿
意的值。
四、 總結(jié)
RCD箝位電路廣泛應(yīng)用于中小功率的反激式變換器中，只有合理的選擇R、C的參
數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性的電源。
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