RCD钳位电路分析及参数设计
8页1、-4 RCD钳位电路4.1根本原理分析由于变压器漏感的存在,反激变换器在开关管关断瞬间会产生很大的尖峰电压,使得开关管承受较高的电压应力,甚至可能导致开关管损坏。因此,为确保反激变换器平安可靠工作,必须引入钳位电路吸收漏感能量。钳位电路可分为有源和无源钳位电路两类,其中无源钳位电路因不需控制和驱动电路而被广泛应用。在无源钳位电路中,RCD 钳位电路因构造简单、体积小、本钱低而倍受青睐。 RCD钳位电路在吸收漏感能量的时候,同时也会吸收变压器中的一局部储能,所以RCD钳位电路参数的选择,以及能耗到底为多少,想要确定这些情况会变得比拟复杂。对其做详细的分析是非常必要的,因为它关系到开关管上的尖峰电压,从而影响到开关管的选择,进而会影响到EMI,并且,RCD电路设计不当,会对效率造成影响,而过多的能量损耗又会带来温升问题,所以说RCD钳位电路可以说是很重要的局部。图9图10图11反激变换器RCD 钳位电路的能量转移过程可分成5 阶段,详细分析如下:1t0-t1阶段。开关管T1导通,二极管D1、D2因反偏而截止,钳位电容C1通过电阻R1释放能量,电容两端电压UC下降;同时,输入电压Ui加在变压
2、器原边电感LP两端,原边电感电流ip线性上升,其储能随着增加,直到t1时刻,开关管T1关断,ip增加到最大值。此阶段变换器一次侧的能量转移等效电路如图2(a)所示。2t1-t2阶段。从t1时刻开场,开关管进入关断过程,流过开关管的电流id 开场减小并快速下降到零;同时,此阶段二极管D2仍未导通,而流过变压器原边的电流IP首先给漏源寄生电容Cds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;直到t2时刻,UDS 上升到Ui+Uf(Uf为变压器副边向原边的反响电压)。此阶段变换器一次侧的能量转移等效电路如图2(b)所示,钳位电容C1继续通过电阻R1释放能量。3t2-t3阶段。t2时刻,UDS上升到Ui+Uf后,D2开场导通,变压器原边的能量耦合到副边,并开场向负载传输能量。由于变换器为稳压输出,则由变压器副边反响到原边的电压Uf=n(Uo+UD)(Uo为输出电压,UD为二极管D2导通压降,n为变压器的变比)可等效为一个电压源。但由于变压器不可防止存在漏感,因此,变压器原边可等效为一电压源Uf和漏感Llk串联,继续向Cds充电。
3、直到t3时刻,UDS上升到Ui+UCV(UCV的意义如图1(b)所示),此阶段完毕。此阶段变换器一次侧的能量转移等效电路如图2(c)所示,钳位电容C1依然通过电阻R1释放能量。由于t1-t3阶段持续时间很短,可以认为该阶段变压器原边峰值电流IP对电容Cds恒流充电。4t3-t4阶段。t3时刻,UDS 上升到Ui+UCV,D1开场导通,等效的反响电压源Uf与变压器漏感串联开场向钳位电容C1充电,因此漏源电压继续缓慢上升(由于C1的容量通常比Cds大很多),流过回路的电流开场下降,一直到t4时刻,变压器原边漏感电流ip下降到0,二极管D1关断,开关管漏源电压上升到最大值Ui+UCP(UCP的意义如图1(b)所示)。此阶段变换器一次侧的能量转移等效电路如图2(d)所示。5t4-t5阶段。t4时刻,二极管D1已关断,但由于开关管漏源寄生电容Cds的电压UDS=Ui+UCPUi,将有一反向电压加在变压器原边两端,因此,Cds与变压器原边励磁电感Ls及其漏感Llk开场谐振,其能量转移等效电路如图2(e)所示。谐振期间,开关管的漏源电压UDS逐渐下降,储存于Cds中的能量的一部份将转移到副边,另一局
4、部能量返回输入电源,直到t5时刻谐振完毕时,漏源电压UDS稳定在Ui+Uf。由于此阶段二极管D1关断,钳位电容C1通过电阻R1放电,其电压UC将下降。结合图1和图2进展分析可知:如果反响电压大于钳位电容电压,则在整个开关关断期间,回馈电压一直在向RCD钳位电路提供能量,而该能量最终将被电阻R1消耗,因而将产生巨大的损耗。以上的分析是科技大学电气与控制工程学院树林教授于2021年发表在点击工程学报上的一篇关于RCD钳位电路的论文。他的分析很详细,也很直观,也都是对的。是我在网络上能找到的最好的关于RCD钳位电路的分析。我也参考了PI与仙童公司给出的设计参考,以及网络上网友归纳的一些观点与计算公式。但是我必须说,这些参考文献给出的计算方法,没有一个是可以直接应用的,至少在这个使用ssl4101t的电源方案中,计算值与实际值出入非常大。4.2元件参数设计计算下面我说下,我参考了各种资料以及自己分析出的一种计算方法。流入钳位电路的能量在传递到RCD钳位电路后,所有的文献都说,漏感能量损耗在了电阻R上,可以这么说,但是如果以这个为依据对钳位电阻的阻值进展计算设计,这样的做法是不对的,因为,这样计
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