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。