RCD电路作为一种简单、有效的钳位电路在反激、正激等电路中经常会被使用,但RCD电路的参数需要精心设计才能达到理想效果并且RCD电路还存在着固有缺陷,本文就以反激电路为例对RCD电路进行展开分析并提出改进方案直至最后的自驱有源钳位方案。
一、RCD电路在反激电路上的工作原理分析
图1-1 RCD钳位的反激电路
将反激电路做等效变换,并将工作过程分成导通、截止两步,如下图:
图1-2 等效反激电路工作过程
如图1-2所示RCD电路同负载一样也会消耗励磁电感能量,但此过程只发生在漏感电流为零之前,由此可以推出RCD电路的损耗公式:
公式(1-1)
进而得出RCD电路中的电阻Rc和电容Cc公式:
公式(1-2)
公式(1-3)
(Vclamp钳位电压、Vor反射电压、fs开关频率、△V电压波动、Lk初次级漏感总和)
二、RCD电路参数对效率的影响。
在实际电路中由于寄生电容、二极管反向恢复、漏感测不准等因素上述计算结果要加以修正。
这里假设为理想系统不存在开关损耗、变压器损耗等,只分析RCD电路对系统效率的影响,参数设置及推导如下:
在上述公式中系数k表漏感百分比(取0~0.05),系数a表钳位电压与反射电压之比(>1),系数r表电流纹波率(r<2为连续模式,r=2为临界或断续模式)。
通过上述效率公式可以得出RCD电路种各参数对效率的影响情况:
图1-3 DCM模式不同Vclamp效率与漏感的关系
图1-3为DCM模式,显示漏感越小效率越高,钳位电压Vclamp越大效率越高。
图1-4 CCM模式不同r下效率与漏感的关系
图1-4为CCM模式,同DCM模式一样漏感越小效率越高,但连续模式越深效率越低。其原理可从如下角度分析:
图1-5 CCM模式下RCD比重高于DCM模式
图1-5是同开关损耗做类比, RCD损耗为恒定不变随着连续深度的增加(r减小)等效开关频率升高,RCD损耗所占的比重也随之增加结果导致CCM模式下RCD电路效率更低。
图1-6 CCM模式不同r效率与钳位电压的关系
图1-6反映的是DCM及CCM模式下效率与钳位电压Vclamp的关系,一般建议取Vclamp/Vor>1.3。
三、放置在不同位置的RCD电路效率对比
图1-7 高端和低端RCD及等效电路对比
如上图所示放置在低端的RCD电路要比放置在高端的RCD电路多出个输入电压Vin损耗,设Vin=100V效率对比如下:
图1-8 高端与低端RCD效率对比
图1-8显示高端RCD效率要高于低端RCD,所以实际电路基本都是采用高端RCD结构。