網友分享:一種有效的反激鉗位電路設計方法
發布時間:2013-10-10 責任編輯:eliane
【導讀】單端反激式開關電源被廣泛應用於小功率場合,由於RCD鉗位電路比有源鉗位電路更簡潔且易實現,因而在小功率變換場合RCD鉗位更有實用價值。本文所介紹的鉗位電路設計方法,可較好地吸收漏感能量而不消耗主勵磁電感能量,磁芯能量可以快速、高效地傳遞,為反激變換器的設計提供了很好的依據。
單端反激式開關電源具有結構簡單、輸入輸出電氣隔離、電壓升/降範圍寬、易於多路輸出、可靠性高、zaojiadidengyoudian,guangfanyingyongyuxiaogonglvchanghe。raner,youyulouganyingxiang,fanjibianhuanqigonglvkaiguanguanguanduanshijiangyinqidianyajianfeng,bixuyongqianweidianlujiayiyizhi。youyuRCD鉗位電路比有源鉗位電路更簡潔且易實現,因而在小功率變換場合RCD鉗位更有實用價值。
漏感抑製
變壓器的(de)漏(lou)感(gan)是(shi)不(bu)可(ke)消(xiao)除(chu)的(de),但(dan)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)合(he)理(li)的(de)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)和(he)繞(rao)製(zhi)使(shi)之(zhi)減(jian)小(xiao)。設(she)計(ji)和(he)繞(rao)製(zhi)是(shi)否(fou)合(he)理(li),對(dui)漏(lou)感(gan)的(de)影(ying)響(xiang)是(shi)很(hen)明(ming)顯(xian)的(de)。采(cai)用(yong)合(he)理(li)的(de)方(fang)法(fa),可(ke)將(jiang)漏(lou)感(gan)控(kong)製(zhi)在(zai)初(chu)級(ji)電(dian)感(gan)的(de)2%左(zuo)右(you)。設(she)計(ji)時(shi)應(ying)綜(zong)合(he)變(bian)壓(ya)器(qi)磁(ci)芯(xin)的(de)選(xuan)擇(ze)和(he)初(chu)級(ji)匝(za)數(shu)的(de)確(que)定(ding),盡(jin)量(liang)使(shi)初(chu)級(ji)繞(rao)組(zu)可(ke)緊(jin)密(mi)繞(rao)滿(man)磁(ci)芯(xin)骨(gu)架(jia)一(yi)層(ceng)或(huo)多(duo)層(ceng)。繞(rao)製(zhi)時(shi)繞(rao)線(xian)要(yao)盡(jin)量(liang)分(fen)布(bu)得(de)緊(jin)湊(cou)、均勻,這樣線圈和磁路空間上更接近垂直關係,耦合效果更好。初級和次級繞線也要盡量靠得緊密。
RCD鉗位電路參數設計
1、變壓器等效模型
圖1weishijibianyaqidedengxiaodianlu,licidiangantonglixiangbianyaqibinglian,lougantonglicidianganchuanlian。licidiangannengliangketongguolixiangbianyaqiouhedaofubian,erlouganyinweibuouhe,nengliangbunengchuandidaofubian,ruguobucaiqucuoshi,louganjiangtongguojishengdianrongshifangnengliang,yinqidianludianyaguochonghezhendang,yingxiangdianlugongzuoxingneng,haihuiyinqiEMI問題,嚴重時會燒毀器件,為抑製其影響,可在變壓器初級並聯無源RCD鉗位電路,其拓撲如圖2所示。

2、鉗位電路工作原理
引入RCD鉗位電路,目的是消耗漏感能量,但不能消耗主勵磁電感能量,否則會降低電路效率。要做到這點必須對RC參數進行優化設計,下麵分析其工作原理:當S1關斷時,漏感Lk釋能,D導通,C上電壓瞬間充上去,然後D截止,C通過R放電。
1)若C值較大,C上電壓緩慢上升,副邊反激過衝小,變壓器能量不能迅速傳遞到副邊,見圖3(a);
2)若C值(zhi)特(te)別(bie)大(da),電(dian)壓(ya)峰(feng)值(zhi)小(xiao)於(yu)副(fu)邊(bian)反(fan)射(she)電(dian)壓(ya),則(ze)鉗(qian)位(wei)電(dian)容(rong)上(shang)電(dian)壓(ya)將(jiang)一(yi)直(zhi)保(bao)持(chi)在(zai)副(fu)邊(bian)反(fan)射(she)電(dian)壓(ya)附(fu)近(jin),即(ji)鉗(qian)位(wei)電(dian)阻(zu)變(bian)為(wei)死(si)負(fu)載(zai),一(yi)直(zhi)在(zai)消(xiao)耗(hao)磁(ci)芯(xin)能(neng)量(liang),見(jian)圖(tu)3(h);
3)若RC值太小,C上電壓很快會降到副邊反射電壓,故在St開通前,鉗位電阻隻將成為反激變換器的死負載,消耗變壓器的能量,降低效率,見圖3(c);
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4)如果RC值取得比較合適,使到S1開通時,C上電壓放到接近副邊反射電壓,到下次導通時,C上能量恰好可以釋放完,見圖3(d),這種情況鉗位效果較好,但電容峰值電壓大,器件應力高。

第2)和第3)種方式是不允許的,而第1)種方式電壓變化緩慢,能量不能被迅速傳遞,第4)種方式電壓峰值大,器件應力大。可折衷處理,在第4)種方式基礎上增大電容,降低電壓峰值,同時調節R,使到S1開通時,C上電壓放到接近副邊反射電壓,之後RC繼續放電至S1下次開通,如圖3(e)所示。
3、參數設計
S1關斷時,Lk釋能給C充電,R阻值較大,可近似認為Lk與C發生串聯諧振,諧振周期為TLC=2π、LkC,經過1/4諧振周期,電感電流反向,D截止,這段時間很短。由於D存在反向恢複,電路還會有一個衰減振蕩過程,而且是低損的,時間極為短暫,因此叮以忽略其影響。總之,C充電時間是很短的,相對於整個開關周期,可以不考慮。對於理想的鉗位電路工作方式,見圖3(e)。
S1關斷時,漏感釋能,電容快速充電至峰值Vcmax,之後RC放電。由於充電過程非常短,可假設RC放電過程持續整個開關周期。RC值的確定需按最小輸入電壓,最大負載,即最大占空比條件工作選取,否則,隨著D的增大,副邊導通時間也會增加,鉗位電容電壓波形會出現平台,鉗位電路將消耗主勵磁電感能量。對圖3(c)工作方式,峰值電壓太大,現考慮降低Vcmax。Vcmax隻有最小值限製,必須大於副邊反射電壓。

可做線性化處理來設定Vcmax,如圖4所示,由幾何關係得:


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實驗分析
輸入直流電壓,30(1%26;#177;2%)v,輸出12V/lA,最大占空比Dmax=0.45,采用UC3842控製,工作於DCM方式,變壓器選用CER28A型磁芯,原邊匝數為24匝,副邊取13匝。有關實驗波形如圖5-圖8所示。

圖7顯示在副邊反射電壓點沒有出現平台,說明結果與理論分析吻合。
結語
按an照zhao文wen中zhong介jie紹shao的de方fang法fa設she計ji的de鉗qian位wei電dian路lu,可ke以yi較jiao好hao地di吸xi收shou漏lou感gan能neng量liang,同tong時shi不bu消xiao耗hao主zhu勵li磁ci電dian感gan能neng量liang。經jing折zhe衷zhong優you化hua處chu理li,既ji抑yi製zhi了le電dian容rong電dian壓ya峰feng值zhi,減jian輕qing了le功gong率lv器qi件jian的de開kai關guan應ying力li,又you保bao證zheng了le足zu夠gou電dian壓ya脈mai動dong量liang,磁ci芯xin能neng量liang可ke以yi快kuai速su、高效地傳遞,為反激變換器的設計提供了很好的依據。
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