引言

單端反激式開(kāi)關(guān)電源具有結構簡(jiǎn)單、輸入輸出電氣隔離、電壓升/降范圍寬、易于多路輸出、可靠性高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于小功率場(chǎng)合。然而，由于漏感影響，反激變換器功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)將引起電壓尖峰，必須用鉗位電路加以抑制。由于RCD鉗位電路比有源鉗位電路更簡(jiǎn)潔且易實(shí)現，因而在小功率變換場(chǎng)合RCD 鉗位更有實(shí)用價(jià)值。

漏感抑制

變壓器的漏感是不可消除的，但可以通過(guò)合理的電路設計和繞制使之減小。設計和繞制是否合理，對漏感的影響是很明顯的。采用合理的方法，可將漏感控制在初級電感的2%左右。 設計時(shí)應綜合變壓器磁芯的選擇和初級匝數的確定，盡量使初級繞組可緊密繞滿(mǎn)磁芯骨架一層或多層。繞制時(shí)繞線(xiàn)要盡量分布得緊湊、均勻，這樣線(xiàn)圈和磁路空間上更接近垂直關(guān)系，耦合效果更好。初級和次級繞線(xiàn)也要盡量靠得緊密。

RCD鉗位電路參數設計

1、變壓器等效模型

圖1為實(shí)際變壓器的等效電路，勵磁電感同理想變壓器并聯(lián)，漏感同勵磁電感串聯(lián)。勵磁電感能量可通過(guò)理想變壓器耦合到副邊，而漏感因為不耦合，能量不能傳遞到副邊，如果不采取措施，漏感將通過(guò)寄生電容釋放能量，引起電路電壓過(guò)沖和振蕩，影響電路工作性能，還會(huì )引起EMI問(wèn)題，嚴重時(shí)會(huì )燒毀器件，為抑制其影響，可在變壓器初級并聯(lián)無(wú)源RCD鉗位電路，其拓撲如圖2所示。

2、鉗位電路工作原理

引入RCD鉗位電路，目的是消耗漏感能量，但不能消耗主勵磁電感能量，否則會(huì )降低電路效率。要做到這點(diǎn)必須對RC參數進(jìn)行優(yōu)化設計，下面分析其工作原理： 當S1關(guān)斷時(shí)，漏感Lk釋能，D導通，C上電壓瞬間充上去，然后D截止，C通過(guò)R放電。

1)若C值較大，C上電壓緩慢上升，副邊反激過(guò)沖小，變壓器能量不能迅速傳遞到副邊，見(jiàn)圖3(a)；

2)若C值特別大，電壓峰值小于副邊反射電壓，則鉗位電容上電壓將一直保持在副邊反射電壓附近，即鉗位電阻變?yōu)樗镭撦d，一直在消耗磁芯能量，見(jiàn)圖3(h)；3)若RC值太小，C上電壓很快會(huì )降到副邊反射電壓，故在St開(kāi)通前，鉗位電阻只將成為反激變換器的死負載，消耗變壓器的能量，降低效率，見(jiàn)圖3(c)； 4)如果RC值取得比較合適，使到S1開(kāi)通時(shí)，C上電壓放到接近副邊反射電壓，到下次導通時(shí)，C上能量恰好可以釋放完，見(jiàn)圖3(d)，這種情況鉗位效果較好，但電容峰值電壓大，器件應力高。 第2)和第3)種方式是不允許的，而第1)種方式電壓變化緩慢，能量不能被迅速傳遞，第4)種方式電壓峰值大，器件應力大�？烧壑蕴幚�，在第4)種方式基礎上增大電容，降低電壓峰值，同時(shí)調節R，，使到S1開(kāi)通時(shí)，C上電壓放到接近副邊反射電壓，之后RC繼續放電至S1下次開(kāi)通，如圖3(e)所示。 3、參數設計 S1關(guān)斷時(shí)，Lk釋能給C充電，R阻值較大，可近似認為L(cháng)k與C發(fā)生串聯(lián)諧振，諧振周期為T(mén)LC=2π、LkC，經(jīng)過(guò)1/4諧振周期，電感電流反向，D截止，這段時(shí)間很短。由于D存在反向恢復，電路還會(huì )有一個(gè)衰減振蕩過(guò)程，而且是低損的，時(shí)間極為短暫，因此叮以忽略其影響�？傊�，C充電時(shí)間是很短的，相對于整個(gè)開(kāi)關(guān)周期，可以不考慮。 對于理想的鉗位電路工作方式，見(jiàn)圖3(e)。S1關(guān)斷時(shí)，漏感釋能，電容快速充電至峰值Vcmax，之后RC放電。由于充電過(guò)程非常短，可假設RC放電過(guò)程持續整個(gè)開(kāi)關(guān)周期。 RC值的確定需按最小輸入電壓，最大負載，即最大占空比條件工作選取，否則，隨著(zhù)D的增大，副邊導通時(shí)間也會(huì )增加，鉗位電容電壓波形會(huì )出現平臺，鉗位電路將消耗主勵磁電感能量。 對圖3(c)工作方式，峰值電壓太大，現考慮降低Vcmax。Vcmax只有最小值限制，必須大于副邊反射電壓。

可做線(xiàn)性化處理來(lái)設定Vcmax，如圖4所示，由幾何關(guān)系得

為保證S1開(kāi)通時(shí)，C上電壓剛好放到

需滿(mǎn)足

將(1)式代入(2)式可得

對整個(gè)周期RC放電過(guò)程分析，有

根據能量關(guān)系有

式中：Ipk/Lk釋能給C的電流峰值將式(1)和式(4)代人式(5)，得

結合式(3)，得

電阻功率選取依據

式中：fs為變換器的工作頻率。 實(shí)驗分析

輸入直流電壓，30(1%26；#177；2%)v，輸出12V/lA，最大占空比Dmax=0.45，采用UC3842控制，工作于DCM方式，變壓器選用CER28A型磁芯，原邊匝數為24匝，副邊取13匝。 有關(guān)實(shí)驗波形如圖5-圖8所示。

圖7顯示在副邊反射電壓點(diǎn)沒(méi)有出現平臺，說(shuō)明結果與理論分析吻合。

結語(yǔ)

按照文中介紹的方法設計的鉗位電路，可以較好地吸收漏感能量，同時(shí)不消耗主勵磁電感能量。經(jīng)折衷?xún)?yōu)化處理，既抑制了電容電壓峰值，減輕了功率器件的開(kāi)關(guān)應力，又保證了足夠電壓脈動(dòng)量，磁芯能量可以快速、高效地傳遞，為反激變換器的設計提供了很好的依據。