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再议LCD 箝位技术

众所周知: LCD(电感,电容,二极管)也是箝位电路的一种,类似于RCD,或者有源箝位,其作用都是箝住MOSFET DS 端关断时的电位,以防止Vds 过高而把 Mosfet 击穿.
  但以前往往认为用RCD箝位会较LCD差些,因为RCD是将变压器的漏感能量完全消耗在电阻R上,对电源效率有影响.而LCD是无损吸收箝位,其可以将变压器的漏感能量通过LC谐振回馈至Bulk Cap,其工作情况真的会如此吗?
下图即是LCD箝位电路的简单路,附件为我对其工作波形的具体分析,并提出LCD也不是种无损吸收箝位(或者只是鄙人的愚见),
所以在此请各位有志大侠继续讨论下去,并提出有效的参数设计.500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/39/1141401344.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
以往LCD Clamp电路 工作状态都会被这么认为:

1.在Q1 Turn Off 时,变压器的漏感电流流经C2, D1对C2进行充电.
2.在Q1再次 Turn On 时,C2上的能量将流经MOS(Q1),地,D2,L1 , 并将能量转移到L1 .
3.当Q1 再次Turn Off 时,重复1动作,同时L1将刚才得到的能量由D1,Bulk Cap  , 地 , D2, L1支路将能量回送至Bulk Cap(C1) .
4.以后将以2 , 3 , 周期性工作 .

而真正的LCD Clamp 电路工作原理具体如下:

1.当Q1第一次 Turn Off 时,变压器的漏感电流流经C2, D1对C2从初始状态进行充电.
2.当Q1再次 Turn On 时,C2放电电流流经MOS(Q1), 地, D2, L1 ,并与L1发生谐振,将部分能量消耗在MOSFET 与采样电阻上,并保留另一部分能量 (1/2C2 UC终^2) ,也就是说此过程中C2的能量并不是完全放完,L1也不存储能量( 因其在Ton 时IL 就已经为零 ) .
3.当Q1 再次Turn Off 时,重复1动作,但此时C的能量是由2中剩下的能量开始上充,电容两端电压同时发生突变,且会发生谐振,其中过程是C2与Llea的谐振 .
4.以后将以2 , 3 , Cycle 性工作 .

1141401409.pdf
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monikel
LV.5
2
2006-03-04 23:48
不知可否有哪位大师对此研究过,恕小弟愚见 !
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ddb006
LV.2
3
2006-03-05 21:48
@monikel
不知可否有哪位大师对此研究过,恕小弟愚见!
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ddb006
LV.2
4
2006-03-05 21:50
@monikel
不知可否有哪位大师对此研究过,恕小弟愚见!
请问您这款电源输出电压多少伏?整机效率多少?
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zjueexuye
LV.4
5
2006-03-05 22:47
其实关键是L1C2参数的设计,一定要保证L1中的电流谐振回零之前,重新开始下一个的turn off周期,那么此时L1中的能量就可以回馈回C1
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gandf
LV.3
6
2006-03-06 01:19
L1能量释放是在Q1 Ton时
能量转换:L1 * I1max*I1max = C2 * Vc2*Vc2
一般选取I1max与Q1 工作的最大电流近似.
I1max 太小 L1的能量无法在Q1 Ton阶段释放
I1max 太大 L1的能量消耗在Q1 和R1 上,即Q1尚未完全导通阶段.
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monikel
LV.5
7
2006-03-06 23:55
@ddb006
请问您这款电源输出电压多少伏?整机效率多少?
六组输出,标准PC电源,300W 功率,效率可达75% .
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monikel
LV.5
8
2006-03-07 00:32
@zjueexuye
其实关键是L1C2参数的设计,一定要保证L1中的电流谐振回零之前,重新开始下一个的turnoff周期,那么此时L1中的能量就可以回馈回C1
有如此考虑过,但是实验无法做到(不管你怎么加大C2,L1),具体证明我还没弄懂,有待请教,并再次深入考虑下.待回复 !
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monikel
LV.5
9
2006-03-07 00:42
@gandf
L1能量释放是在Q1Ton时能量转换:L1*I1max*I1max=C2*Vc2*Vc2一般选取I1max与Q1工作的最大电流近似.I1max太小L1的能量无法在Q1Ton阶段释放I1max太大L1的能量消耗在Q1和R1上,即Q1尚未完全导通阶段.
可我抓出来的L1max=1.30A 而Ids.max=6.6(Mos Q1 的最大电流),也就是L1max << Ids.max, 可结果是L1的能量确实是在Ton阶段释放,(且总共谐振时间<1/2Ton), 按兄台的意思无法理解.
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zjueexuye
LV.4
10
2006-03-07 11:11
@monikel
有如此考虑过,但是实验无法做到(不管你怎么加大C2,L1),具体证明我还没弄懂,有待请教,并再次深入考虑下.待回复!
具体我也没做过这个电路,但是个人感觉在Ton以后,L1C2有一个谐振过程,L1中的电流会以正弦的方式上升,但是由于D2的缘故,此电流不会反向.那么就应该计算L1C2的谐振角频率,也即他的谐振周期,使L1中的电流谐振回零之前,使MOS管Turn off.那么D1导通以后,L1中向上的电流,就可以通过D1D2把能量回馈回C1.如果MOS管Turn off前,L1中的电流就已经谐振回零了,那么当然就不存在可以回馈的能量了,还要在MOS和电阻上消耗掉一些能量
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monikel
LV.5
11
2006-03-07 19:39
@zjueexuye
具体我也没做过这个电路,但是个人感觉在Ton以后,L1C2有一个谐振过程,L1中的电流会以正弦的方式上升,但是由于D2的缘故,此电流不会反向.那么就应该计算L1C2的谐振角频率,也即他的谐振周期,使L1中的电流谐振回零之前,使MOS管Turnoff.那么D1导通以后,L1中向上的电流,就可以通过D1D2把能量回馈回C1.如果MOS管Turnoff前,L1中的电流就已经谐振回零了,那么当然就不存在可以回馈的能量了,还要在MOS和电阻上消耗掉一些能量
有计算过,请如附件:
L1与C2的谐振频率:F = 1 / 2Л√(LC) = 536.8 kHz ,  
         W0 = 2Л* F = 3.37 * 10^(-6)S
实际角频率:W = 2Л * F实 = 2Л / 3.04 µS = 2.07* 10^(-6)s
如你的意思也就是要使得 Л√(LC)>Ton , 那我假设Ton=4uS, 则得出:LC>1.274*10^(-12),
假设C2取到偏大些4700pF, 会得到:L>271uH,当C2取到2200pF时,则L>579uH,我有选取过L1=460uH,C2=3300pF测试,结果仍会在Ton未完时IL降为零,具体测试波形待转出,其中原因我也没能理解,还望赐教.
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monikel
LV.5
12
2006-03-08 20:37
@monikel
有计算过,请如附件:L1与C2的谐振频率:F=1/2Л√(LC)=536.8kHz,          W0=2Л*F=3.37*10^(-6)S实际角频率:W=2Л*F实=2Л/3.04µS=2.07*10^(-6)s如你的意思也就是要使得Л√(LC)>Ton,那我假设Ton=4uS,则得出:LC>1.274*10^(-12),假设C2取到偏大些4700pF,会得到:L>271uH,当C2取到2200pF时,则L>579uH,我有选取过L1=460uH,C2=3300pF测试,结果仍会在Ton未完时IL降为零,具体测试波形待转出,其中原因我也没能理解,还望赐教.
今天有再次测试:选取L1=430uH,C2=4700pF
1.满载(300W output 230Vac 50Hz Input)时得到如下波形.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/39/1141820717.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
2.满载(300W Output 264Vac 50Hz Input)时得到如下波形.

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/39/1141821630.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
由两个波形可以看出,确实有部分能量回馈到Bulk Cap, 测试结果:
在1.条件下,以原先LC参数得到Pin(输入功率)=402.7W
           以现在的LC参数可得到Pin=401.5W .
减少了部分损耗,所以参数的选取很重要啊,我们公司以往都是用现成的(L=40uH, C=1000~3300pF),所以没体现出减少损耗的优越性.但是应用300uH以上的电感也较难,体积大(因为Al需用小的),不知选材方面可否做到简单些?
以前有可能我选取的L是大Al值的,所以发生饱和现象,没得到今天这样的波形,今天也是换了个想法,没想到真的可以得证,谢谢各位一直以来的支持!尤其是zjueexuye:大侠.
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monikel
LV.5
13
2006-03-08 21:09
@monikel
今天有再次测试:选取L1=430uH,C2=4700pF1.满载(300Woutput230Vac50HzInput)时得到如下波形.[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/39/1141820717.gif');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">2.满载(300WOutput264Vac50HzInput)时得到如下波形.[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/39/1141821630.gif');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">由两个波形可以看出,确实有部分能量回馈到BulkCap,测试结果:在1.条件下,以原先LC参数得到Pin(输入功率)=402.7W          以现在的LC参数可得到Pin=401.5W.减少了部分损耗,所以参数的选取很重要啊,我们公司以往都是用现成的(L=40uH,C=1000~3300pF),所以没体现出减少损耗的优越性.但是应用300uH以上的电感也较难,体积大(因为Al需用小的),不知选材方面可否做到简单些?以前有可能我选取的L是大Al值的,所以发生饱和现象,没得到今天这样的波形,今天也是换了个想法,没想到真的可以得证,谢谢各位一直以来的支持!尤其是zjueexuye:大侠.
小弟找到一份有关LCD箝位技术中LC参数如何选取的文章,
但回路与本人的有些区别,请各位大侠参考,相互学习下!
1141823355.pdf
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2006-03-08 21:18
@monikel
可我抓出来的L1max=1.30A而Ids.max=6.6(MosQ1的最大电流),也就是L1max
能量没有回馈到C1,只是在开关off时,Vds电压上升的斜率减小了,off时的开关损耗会有减小!
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monikel
LV.5
15
2006-03-08 21:39
@king0072000127
能量没有回馈到C1,只是在开关off时,Vds电压上升的斜率减小了,off时的开关损耗会有减小!
能量没有回馈到C1的情况下,OFF时Vds 的上升斜率会大些,且Vds 会高些,因为如果能量没有回馈部分到C1,C2必将吸收掉L1的能量,所以在ON的后期C2上有个负的电压,这样在OFF时,电容丙C2两端的电压突变会更快,以平衡那个负压再给C2充电,所以C2的正压差也大.从测试结果也可看出,以前的正压差可达:
271V,所以Vds=304(Vbulk)+271=575V ,(如第一贴的附件)
而今天有能量回馈的波形得到:C2的正差压只有:241V,当然Vds也会小些,所以参数设计合理,其对Vds 的作用也就不一样.
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2006-03-08 21:41
@king0072000127
能量没有回馈到C1,只是在开关off时,Vds电压上升的斜率减小了,off时的开关损耗会有减小!
以鄙人之见,效率提高了,不一定是能量回收了,只是谐振回路的损耗减小了.主要在于你的LC材料上要有讲究.你的谐振频率在500KHz左右,你选的铁心带宽够宽吗?你选的C的DF够小吗?电感我有选过低磁导率宽频带的CORE,电容我有用低DF的聚酯电容.
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monikel
LV.5
17
2006-03-08 21:47
@king0072000127
以鄙人之见,效率提高了,不一定是能量回收了,只是谐振回路的损耗减小了.主要在于你的LC材料上要有讲究.你的谐振频率在500KHz左右,你选的铁心带宽够宽吗?你选的C的DF够小吗?电感我有选过低磁导率宽频带的CORE,电容我有用低DF的聚酯电容.
以前的设计参数不理想,以今天的参数:L1=430uH, C2=4700pF,
谐振频率将在:F0=112kH.
我今天选的也是低磁导率的,而且从电感电流在Ton结束时仍有>0,可以得证它是在以L1,D2, D1,C1回路流过,将部分能量回馈到C1,因为此时电容C2也是在充电过程中(1端电位在上升).
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2006-03-08 21:52
@monikel
以前的设计参数不理想,以今天的参数:L1=430uH,C2=4700pF,谐振频率将在:F0=112kH.我今天选的也是低磁导率的,而且从电感电流在Ton结束时仍有>0,可以得证它是在以L1,D2,D1,C1回路流过,将部分能量回馈到C1,因为此时电容C2也是在充电过程中(1端电位在上升).
是不是频率降了,效率高了???
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monikel
LV.5
19
2006-03-08 21:53
@king0072000127
是不是频率降了,效率高了???
没有,效率是以同一个电源来评估的,只是切入两组LC参数.
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monikel
LV.5
20
2006-03-08 21:54
@king0072000127
是不是频率降了,效率高了???
要不然就没有可比性了,且电源之间相差1~2W是正常的.
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monikel
LV.5
21
2006-03-08 21:56
@king0072000127
是不是频率降了,效率高了???
请问一下以你们的经验一般LC参数选取多少?
这个与开关频率与Duty有关(相对应来说).
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2006-03-08 22:00
@monikel
请问一下以你们的经验一般LC参数选取多少?这个与开关频率与Duty有关(相对应来说).
我是说LC的谐振频率降低了,损耗小了,效率提高了.
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zjueexuye
LV.4
23
2006-03-08 22:01
@monikel
没有,效率是以同一个电源来评估的,只是切入两组LC参数.
从你的波形来看,电感电流峰值在0.5A左右,那按照L*i^2=C*u^2,计算出来的电容电压波动有150V左右,那为什么不考虑把电容值取得再大一些,一来电感可以取小,二来Turn off时候,Vds上被嵌位的电压也可以更小

没实际做过,随便说说,
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monikel
LV.5
24
2006-03-08 22:06
@king0072000127
我是说LC的谐振频率降低了,损耗小了,效率提高了.
你说的是也就LC大了,电流小了,假设回路阻抗是一样的话,损耗也就小了,对吗?(因为以频率的来说了,你Mos开关一次,它就要谐振一次,应该是不会有影响的),
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monikel
LV.5
25
2006-03-08 22:10
@king0072000127
我是说LC的谐振频率降低了,损耗小了,效率提高了.
实际我今天做的LC谐振回路阻抗倒大了,因为L的圈数以前的30Ts变到86Ts,且线径用得细,有测量过,
以前的RL=0.03欧姆,今天的:RL=0.33欧姆.
不过这个损耗很难计算,我主要看L1的电流确实有回流到C1就好,既然有电流流过电容,当然会对电容充电,也就有能量回收.不知这样说兄台是否同意?
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monikel
LV.5
26
2006-03-08 22:13
@zjueexuye
从你的波形来看,电感电流峰值在0.5A左右,那按照L*i^2=C*u^2,计算出来的电容电压波动有150V左右,那为什么不考虑把电容值取得再大一些,一来电感可以取小,二来Turnoff时候,Vds上被嵌位的电压也可以更小没实际做过,随便说说,
明白你的意思,但这个规格(500V以上)的大电容不易得到,22nF的就很少见了.
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zjueexuye
LV.4
27
2006-03-08 22:15
@monikel
实际我今天做的LC谐振回路阻抗倒大了,因为L的圈数以前的30Ts变到86Ts,且线径用得细,有测量过,以前的RL=0.03欧姆,今天的:RL=0.33欧姆.不过这个损耗很难计算,我主要看L1的电流确实有回流到C1就好,既然有电流流过电容,当然会对电容充电,也就有能量回收.不知这样说兄台是否同意?
确实回流了,电感电流是线性下降的
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monikel
LV.5
28
2006-03-08 22:18
@zjueexuye
从你的波形来看,电感电流峰值在0.5A左右,那按照L*i^2=C*u^2,计算出来的电容电压波动有150V左右,那为什么不考虑把电容值取得再大一些,一来电感可以取小,二来Turnoff时候,Vds上被嵌位的电压也可以更小没实际做过,随便说说,
其实你那个公式L*i^2=C*u^2中的电感能量已经是除去了回路阻抗上损耗的能量,由测试波形看就好,波动为:232-(-50)=282V,这才是它真正的电压波动,且你要考虑电源AC ON 时Vds会有更大的电压,也就C2的电压波动会更高,所以应该选500V以上的.
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monikel
LV.5
29
2006-03-08 22:20
@zjueexuye
确实回流了,电感电流是线性下降的
瞬间接近直线下降,因为有电压突变.
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zjueexuye
LV.4
30
2006-03-08 22:24
@monikel
明白你的意思,但这个规格(500V以上)的大电容不易得到,22nF的就很少见了.
你用的是什么电容啊?一般的CBB电容可以用吗?
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2006-03-08 22:26
@zjueexuye
确实回流了,电感电流是线性下降的
同义.你其实是在ON的时候,LC只谐振了一半(电感电流从0增加到最大);在OFF时,电感电流从最大降到0时,只能通过D1,D2回流到C1.
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