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InnoSwitch反激电源VDS波形震荡分析

在调试做一个反激辅助电源时测得VDS电压波形,发现波形有2处震荡,很是好奇,来一起学习分析一下。

1)关断瞬间VDS电压震荡

2)关断阶段Lp存储能量释放时VDS电压震荡

反激变换器工作原理简图:

   反激变换器有两种运行模式:电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM)。两种模式各有优缺点,相对而言,DCM 模式具有更好的开关特性,次级整流二极管零电流关断,因此不存在CCM 模式的二极管反向恢复的问题。此外,同功率等级下,由于DCM模式的变压器比CCM 模式存储的能量少,故DCM 模式的变压器尺寸更小。但是,相比较CCM 模式而言,DCM 模式使得初级电流的RMS 增大,这将会增大MOS 管的导通损耗,同时会增加次级输出电容的电流应力。本处应用是做辅助源,工作电流较小,因此反激处于DCM模式。

MOS 管关断时漏极电压波形示意如下:

当MOS关断时,初级电流Id在短时间内为MOS的Coss(即Cgd+Cds)充电,当Coss两端的电压VDS超过输入电压及反射的输出电压之和Vin+nVo(二极管D开通时变压器副边线圈电压反射回原边线圈的电压)时,次级二极管导通,初级电感Lp两端的电压被钳位至nVo,因此初级总漏感Lk(Lkp+n*Lks)和Coss之间发生谐振。

在MOS关断阶段,二极管D正偏开通,Lp之前存储的能量释放到负载端,此时副边线圈电压被钳位等于输出电压Vo,经匝比为n的变压器耦合回原边,初级电感Lp两端的电压被钳位至nVo。当Lp续流放电结束后,二极管D反偏截止,Lp和Coss发生谐振。

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。

下图为PI Inno 产品的原理图,IC内部内置了功率开关MOS。

反激变换器设计中,常用上图所示的电路作为反激变换器的钳位吸收电路(RCD钳位吸收)

由二极管D1、电阻R3、R1和电容C7组成的低成本RCD箝位可在U1内的 开关关断的一瞬间立即对U1的峰值漏极电压进行箝位控制。箝位有助于 耗散存储在变压器T1的漏感中的能量。

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:

CClamp 由下式决定,其中Vripple 一般取Vclamp 的5%~10%是比较合理的:

输出功率比较小(20W 以下)时,钳位二极管可采用慢恢复二极管,如1N4007;反之,

则需要使用快恢复二极管。

MOS选型应考虑降额使用,对于PI内置MOS产品,应实际量测VDS波形,查阅手册留足安全裕量。

 

全部回复(32)
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2021-11-15 15:48

MOS管的关断震荡是由于Coss电容与Lik和Lm谐振的结果,这个Coss又是随电压变化而变化的,怎么样确认谐振周期

1
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2021-11-15 17:03

感谢天使的分享,加油!!

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daichao
LV.4
4
2021-11-15 17:10

看上去很不错啊,不知实际应用耐得住不?

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svs101
LV.8
5
2021-11-25 13:52
@electronicLee
MOS管的关断震荡是由于Coss电容与Lik和Lm谐振的结果,这个Coss又是随电压变化而变化的,怎么样确认谐振周期

感觉这个可以估算,有时候测试的结果不准,参数都要优化调整的。

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20年前
LV.6
6
2021-11-26 10:52

吸收二极管恢复时间用多少的比较好,之前听说用快恢复比较好

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2021-11-27 18:40

电路作为反激变换器的钳位吸收电路的优势如何? 上图用示波器采样频率多大

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阿飞啊
LV.6
8
2021-11-30 13:45

很不错的一篇分享 

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2021-11-30 13:46

输出功率比较小(20W 以下)时,钳位二极管可采用慢恢复二极管,如1N4007

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2021-11-30 13:47

电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM)

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2021-11-30 13:47

这也是一篇很不错的科普帖  值得一看 

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heeh_only
LV.2
12
2022-01-14 21:28

不错,分析到位

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heeh_only
LV.2
13
2022-01-14 21:28

不错,分析到位

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kckcll
LV.9
14
2022-01-16 12:39
@20年前
吸收二极管恢复时间用多少的比较好,之前听说用快恢复比较好

反向恢复时间限制了二极管的开关速度,输出整流管一般用快恢复或者肖特基二极管。

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kckcll
LV.9
15
2022-01-16 12:42
@争做一名勤奋的工程师
电路作为反激变换器的钳位吸收电路的优势如何?上图用示波器采样频率多大

RCD吸收电路的电容电阻都需要选择合适,如电压峰值比较大,那么电容的电压应力大。

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2022-01-16 12:46
@kckcll
RCD吸收电路的电容电阻都需要选择合适,如电压峰值比较大,那么电容的电压应力大。

在满足电路钳位功能的作用情况下,增大电容的电容值,可以降低电压的峰值。

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2022-01-16 12:52
@还是上次那回
输出功率比较小(20W以下)时,钳位二极管可采用慢恢复二极管,如1N4007

慢恢复管由于其反向恢复时间比较长,钳位电容中的一部分能量会在二极管反向恢复过程中回馈给电路,整个RCD电路的损耗可以降低。

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trllgh
LV.9
18
2022-01-16 12:54
@大海的儿子
慢恢复管由于其反向恢复时间比较长,钳位电容中的一部分能量会在二极管反向恢复过程中回馈给电路,整个RCD电路的损耗可以降低。

这个只适合小电流,低di/dt的场合。比如小功率flyback的原边钳位电路。

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trllgh
LV.9
19
2022-01-16 12:55
@打你不许哭
电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM)

DCM为电流断续模式,CCM为电流连续模式,在对纹波要求较高时可以考虑用CCM模式.

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2022-01-16 13:07
@trllgh
这个只适合小电流,低di/dt的场合。比如小功率flyback的原边钳位电路。

另外慢恢复二级管在导通的时候会产生很高导通压降尖峰,导致虽然钳位电容上的电压很低,但是却没法钳住尖峰电压。

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2022-01-16 13:08
@trllgh
DCM为电流断续模式,CCM为电流连续模式,在对纹波要求较高时可以考虑用CCM模式.

DCM模式的转换效率更高些属于能量完全转换,但同时纹波较CCM要高.

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trllgh
LV.9
22
2022-01-16 13:09
@大海的儿子
在满足电路钳位功能的作用情况下,增大电容的电容值,可以降低电压的峰值。

钳位电路电阻将成为反激开关电源的死负载,消耗变压器的磁芯能量,降低整个电路效率。

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米修儿
LV.4
23
2022-01-22 17:58

DCM 模式具有更好的开关特性,次级整流二极管零电流关断,因此不存在CCM 模式的二极管反向恢复的问题。

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米修儿
LV.4
24
2022-01-22 18:00

反激变换器有两种运行模式:电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM),讲的很透彻啊,学习了

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svs101
LV.8
25
2023-02-21 19:00
@还是上次那回
输出功率比较小(20W以下)时,钳位二极管可采用慢恢复二极管,如1N4007

这个二极管看应用场合了,电压不稳定,尖峰脉冲大且快的话,还是选择快速的二极管好。

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pangxl
LV.2
26
2023-05-22 17:15

MOS 彻底关断发生在谐振的波谷时刻,而不是波峰时刻,这在调试中,这些波形数据要参考。很佩服理论理论量化能力的人啊

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dy-StTIVH1p
LV.8
27
2023-05-22 17:56

可以通过反击电路波动来分析能量损耗么

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dy-TMelSvc9
LV.8
28
2023-05-22 21:58

信号震荡对系统传输效率有哪些不利影响

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dy-StTIVH1p
LV.8
29
2023-05-23 15:34

反击波形振荡会产生多少能量损耗

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30
2023-12-10 00:24

反激辅助电源在调试中观察到两种震荡现象,可通过限制充电电流和添加吸收回路消除。反激变换器工作在电感电流断续模式(DCM)。内置功率开关MOS在PI Inno产品原理图中。

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