电子产品&设备:开关电源FLY-关键波形分析!
我们再来分析一下RCD吸收电路;其计算结果如下:
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:
R=100K/2W C=2.2nF/630V D=FR207/FR107
CH1: MOS-VDS CH4: UC(钳位电容电压)
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
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:
进行理论的RCD钳位电容的电压波形Data分析RCD吸收电路:
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!
MOS管-Coss
我们知道 MOS 管的输出电容 Coss 的存在。Coss上面会储存和释放能量,MOS管的开关过程中,也会造成功率损耗从而影响效率。
当MOS管关闭后, Vds 两端的电压迅速上升。电容 Coss 同时被充电-“流过变压器原边的电流IP首先给漏源寄生电容Cds(Coss)恒流充电(因LP很大),UDS快速上升(寄生电容Cds较小),变压器原边电感储存能量的很小一部份转移到Cds(Coss)”
从我的EMI设计理论:“漏感能量在传递到RCD钳位电路之前,是有损耗的,损耗在于MOS管的输出电容上,也就是Coss;漏感能量要先给它充能,使得它两端的电压能达到钳位电路的钳位电压,达到了钳位电压后,二极管才会导通,接着才是漏感能量向钳位电路传递能量”漏感从一开就参与了给Coss充电,而当电压上升到Vin+VR的时候,漏感继续给Coss充电,直至Coss上的电压升至Vin+Vsn(Vspike)!
要想知道Coss上的能耗及系统影响,首先要知道 Coss 是多少;我在30MHZ-50MHZ的EMI影响中有进行分析;再将常用的MOS-DS进行参考分析!规格书中的 Coss=100pF(典型值)是在电压25V时的数据. Coss 随电压变化的曲线如下
由图中可以看出当电压升至几百V 的时候, Coss 就只有几十pF了。
因此MOS管输出电容上损耗的能量是非常小的,大概在漏感能量的 3%左右,所以可以忽略不计-Coss上的能耗是不是真的很小,是否可以忽略不计呢?我们需要具体的计算分析一下。显然这个 Coss 是很难准确计算出来的,只有用实验的手段来测量其实际的情况了。
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