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                      無需緩沖器的反激式轉換器技術

                      發布時間:2021-03-11 責任編輯:wenwei

                      【導讀】所有PWM轉換器都有寄生元件,可導致必須適當抑制的振鈴波形。不這樣做,半導體元件就可能失效,噪聲水平將比要求的更高。本文將介紹用于備受青睞的反激式轉換器的最常用的RCD箝位電路,及其設計公式。
                       
                       
                      沒有緩沖器,反激式變壓器振鈴的漏感會隨電路中的雜散電容產生,生產大幅度高頻波形,如圖所示1。
                       
                      無需緩沖器的反激式轉換器技術
                       
                      許多應用筆記和設計沒有解決這個問題,忽略了振鈴波形和轉換器的運行。有兩個問題:首先,在FET漏極有過大的電壓,可能導致雪崩擊穿并最終導致器件故障。其次,振鈴波形將成為輻射和傳導到整個電源、負載和電子系統,引起噪聲問題甚至邏輯錯誤。振鈴頻率還將以輻射和傳導EMI是形式表現為EMI頻譜的峰值。
                       
                      在大多數設計中,這是不可接受的,必須增加電路元件抑制振鈴(使用一個RC緩沖器),或者箝制電壓(用RCD箝位),或者兩個都用。這些網絡的設計是測量和分析的結合,可以確保耐用和可靠的效果。
                       
                      反激式轉換器的初級RCD箝位
                       
                      圖2給出了一個RCD箝位電路,當一個RC緩沖器不足以有效防止開關過壓時,它可用來限制FET漏極的峰值電壓。一旦漏極電壓超過箝位電容器電壓,RCD箝位即靠吸收漏感電流工作。采用一個比較大的電容器可保持一個開關周期的電壓恒定。
                       
                      無需緩沖器的反激式轉換器技術
                       
                      RCD箝位的電阻器總會浪費功率。即使在轉換器上有很小的負載,電容器都將進行充電高達從轉換器次級反射的電壓,即vf。由于負載增加,更多能量將流入電容器,而電壓將提高更多,即vx,它在理想的方波反激電壓之上。該波形定義了這些電壓,如圖2所示。
                       
                      設計步驟1——測量漏感
                       
                      重要的是測量反激式變壓器的漏感,然后再設計緩沖器。不要不只猜測電感值,而是要明白磁性元件制造商的最差規格對設計來說經常不夠精確。另外,漏感是頻率相關的,必須在適當的頻率值進行測量。
                       
                      設計步驟2——確定峰值箝位電壓
                       
                      現在必須決定功率MOSFET可以容許多少電壓,并計算在箝位電平條件下箝位將耗散的功率量。與漏感L相關的功率,及關斷時的當前最差電流Ip可以表示為:
                       
                      無需緩沖器的反激式轉換器技術  公式1
                       
                      對RCD緩沖器的分析出現在論文和大量應用筆記當中。假設沒有雜散電容要充電,所有泄漏能量都被傳導到來自漏感的緩沖電容器。假定電容器足夠大,其邏輯值在在一次開關周期期間沒有顯著變化。
                       
                      利用這些假設,RCD箝位的功耗可以表示為存儲在電感器中的能量,具體如下:
                       
                      無需緩沖器的反激式轉換器技術  公式2
                       
                      換句話說,我們讓開關上的箝位電壓升得越高,總功耗越低。但是當然,我們必須對此進行平衡以防止總電壓出現在功率FET兩端,因此我們不能任意降低功耗。
                       
                      一個典型設計可用于電壓vx等于1/2反激電壓。在這種情況下,功耗等于存儲在漏感中能量的三倍,它不是一個立即可見的結果。然而,這是一個保守的估計。它沒有解釋電感器的有損放電,也沒有解釋雜散電容。實際上,由于這些結果,該設計的箝位損失將比預期的更少。
                       
                      高壓離線設計這些經常限制使用一個最高電壓為650或700V的FET,電壓vx將將很難限制所設定的最大輸入電壓、最大電流和FET擊穿電壓。不要超過FET規定的Vds,意識到擊穿可能隨溫度變化。一些設計人員依賴于FET的雪崩能力,讓它有規律地超過擊穿電壓。這不是為可靠的電源設計推薦的。
                       
                      設計步驟3——選擇箝位電阻器
                       
                      緩沖器的電容器需要足夠大,以保持一個相對恒壓,同時吸收泄漏能量。除了這一考慮,其邏輯值要求不高,當緩沖器正常工作時不會影響峰值電壓。
                       
                      電阻器在確定峰值電壓vx方面是至關重要的元件,因此需要根據以下公式選擇:
                       
                      無需緩沖器的反激式轉換器技術  公式3
                       
                      一個大數值電阻器將減緩箝位電容器的放電,有助于電壓提升到更高值。一個小數值電阻器將導致較低的箝位電壓,而功耗將增加。
                       
                      設計步驟4——計算功率損耗
                       
                      現在緩沖器設計已經完成,但是我們經常還需要知道上述公式中,除了最差條件電流Ip,電流的功耗是多少。使用以下公式計算某一給定峰值電流I和漏感L的已知緩沖器的電壓上升。
                       
                      vx是電壓上升值,高于反激電壓,可以表示為:
                       
                      無需緩沖器的反激式轉換器技術  公式4
                       
                      功耗可以表示為:
                       
                      無需緩沖器的反激式轉換器技術  公式5
                       
                      設計步驟5——實驗驗證
                       
                      設計的實驗驗證是必不可少的,因為將出現沒有計入公式的結果,你的電路將出現非理想的元件。圖3所示為箝制FET漏極電壓峰值電路的效益。
                       
                      無需緩沖器的反激式轉換器技術
                      圖3. 帶有初級RCD箝位的反激式轉換器漏極電壓。
                       
                      該數值還給出了一個RCD箝位限制。在箝制周期結束之后,電路恢復振鈴。采用理想的元件,這將不會發生。不過,RCD箝位的二極管有一個有限的反向恢復時間,有助于漏感電流流入二極管的相反方向,可導致振鈴。RCD緩沖器各種類型二極管選擇至關重要。它必須盡可能的快,具有合適的額定電壓。
                       
                      這個振鈴的嚴重程度將取決于RCD二極管兩端反向施加的電壓。你允許的箝位電壓爬得越高,功耗就越低,電壓越高且dv/dt施加在二極管上,振鈴將增加。
                       
                      通過采用RC緩沖器隨后的振鈴可以再一次被抑制。
                       
                      總結
                       
                      RCD箝位電路對所有反激式轉換器非常有用,可以減少功率FET上的壓力。要確保箝位的目的是將最差工作條件下(高電壓和最大電流極限)的電壓限制低于元件的額定電壓。本文中的設計公式排除了來自箝位設計的猜測。
                       
                       
                      免責聲明:本文為轉載文章,轉載此文目的在于傳遞更多信息,版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題,請聯系小編進行處理。
                       
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