在反激式變換器中，箝位電路采用RCD 形式具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，本文詳細(xì)論述了該種電路的設(shè)計(jì)方法。

Abstract: The application of RCD circuit in converter can realize low cost and low parts cout .How to design that circuit is introduced.

Keyword: RCD clamp, Flyback converter

一、 引言

反激式變換器具有低成本，體積小，易于實(shí)現(xiàn)多路輸出等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于中小功率(≤100w)的電源中。

但是，由于變壓器漏感的存在及其它分布參數(shù)的影響，反激式變換器在開關(guān)管關(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰電壓，這個(gè)尖峰電壓嚴(yán)重危脅著開關(guān)管的正常工作，必須采取措施對其進(jìn)行抑制，目前，有很多種方法可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，其中的RCD箝位法以其結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的特點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用，但是，由于RCD箝位電路的箝位電壓會(huì)隨著負(fù)載的變化而變化，如果參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，該電路或者會(huì)降低系統(tǒng)的效率，或者會(huì)達(dá)不到箝位要求而使開關(guān)管損壞，本文介紹了反激式變換器中的RCD箝位電路的基本原理，給出了一套較為實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。

二、 反激式變換器中RCD箝位電路的工作原理

圖為RCD 箝位電路在反激式變換器中的應(yīng)用。

圖中：Vclamp:箝位電容兩端間的電壓

Vin:輸入電壓

VD:開關(guān)管漏極電壓

Lp:初級繞組的電感量

Llk:初級繞組的漏感量

該圖中RCD箝位電路的工作原理是：當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，能量存儲(chǔ)在Lp和Llk中，當(dāng)開關(guān)管關(guān)閉時(shí)，Lp中的能量將轉(zhuǎn)移到副邊輸出,但漏感Llk中的能量將不會(huì)傳遞到副邊。如果沒有RCD箝位電路，Llk 中的能量將會(huì)在開關(guān)管關(guān)斷瞬間轉(zhuǎn)移到開關(guān)管的漏源極間電容和電路中的其它雜散電容中，此時(shí)開關(guān)管的漏極將會(huì)承受較高的開關(guān)應(yīng)力。若加上RCD 箝位電路，Llk中的大部分能量將在開關(guān)管關(guān)斷瞬間轉(zhuǎn)移到箝位電路的箝位電容上，然后這部分能量被箝位電阻Rc消耗。這樣就大大咸少了開關(guān)管的電壓應(yīng)力。

三、 RCD 箝位電路的設(shè)計(jì)

在RCD 箝位電路中電阻 Rc和電容Cc的取值都比較大，因此，箝位電容Cc上的電壓在每個(gè)開關(guān)周期不會(huì)有較大的變化，這樣，我們可以用一個(gè)恒定值 Vclamp來表示箝位電容兩端的電源。在此基礎(chǔ)上我們可以按以下幾個(gè)步驟來設(shè)計(jì)RCD箝位電路。

步驟一：確定箝位電壓Vclamp

圖2表示的是采用RCD 箝位的反激變換器的開關(guān)管的漏極電壓。

圖中：VOR：次級到初級的折射電壓

Vclamp：箝位電容Cc兩端的箝位電壓

VBR(DSS)：開關(guān)管的漏源極擊穿電壓

VINMAX：最大輸入直流電壓

由圖可見，箝位電壓Vclamp與開關(guān)管的VBR(DSS)及輸入最高電壓有關(guān)，如果考慮0.9的降額使用系數(shù)，可用下式來確定Vclamp的大小 。

步驟二：確定初級繞組的漏感量Llk

初級繞組的漏感量可以通過測試來獲得，常用方法是，短路各個(gè)次級繞組測試此時(shí)的初級繞組的感量，這個(gè)值就是初級繞組的漏感量。需要注意的是，測試頻率應(yīng)采用變換器的工作頻率。

當(dāng)然，批量生產(chǎn)時(shí)不可能采取逐個(gè)測試的方法，這時(shí)，可確定一個(gè)百分比來估計(jì)整個(gè)批次的漏感值，這個(gè)百分比通常是在1%--5%。

步驟三：確定箝位電阻Rc

前文提到，箝位電容Cc兩端的電壓可用恒定值Vclamp表示，因此箝位電阻消耗的功率為： 
 

式中：PR-clamp：箝位電阻消耗的功率

另一方面從能量守恒原則考慮，存在以下關(guān)系：

 
式中：WR-clamp：箝位電阻消耗的能量

Wl：初級繞組漏感中存儲(chǔ)的能量

VOR：次級到初級的折射電壓。

Vclamp：箝位電壓

將能量轉(zhuǎn)換為平均功率則(3)式可變?yōu)椋?
 

式中：fs：變換器的工作頻率  

Llk：初級繞組的漏感量

Ids-peak：開關(guān)管的最大峰值電流(即低壓滿載時(shí)的峰值電流)

這樣由(2)、(4)式就可得到箝位電阻的計(jì)算公式：

步驟四：確定箝位電容Cc

箝位電容Cc的值應(yīng)取得足夠大以保證其在吸收漏感能量時(shí)自身的脈動(dòng)電壓足夠小，通常取這個(gè)脈動(dòng)電壓為箝位電壓的5%--10%,這樣，我們就可通過下式來確定Cc的最小值。
 

式中：Cc：箝位電容

Vclamp：箝位電壓

△Vclamp：箝位電容上的脈動(dòng)電壓

Rc：箝位電阻

fs：變換器的工作頻率  

步驟五：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

上述計(jì)算結(jié)果，應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)中得以驗(yàn)證，此時(shí)應(yīng)該觀察各種輸入電壓及負(fù)載情況下的箝位電壓波形，同時(shí)還要考慮元器件的選型是否合理，比如，箝位電阻的功率選擇應(yīng)考慮1/3降額使用，箝位電容應(yīng)選擇具有低的串聯(lián)等效電阻和低的等效電感的電容，箝位二極管應(yīng)選擇反向擊穿電壓高于開關(guān)管的漏源擊穿電壓且反向恢復(fù)時(shí)間盡可能短的超快恢復(fù)二極管。另外，上述計(jì)算過程并沒有考慮寄生參數(shù)的影響 ，所以我們應(yīng)以計(jì)算值為基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的情況適當(dāng)調(diào)整，很快就可得到滿意的值。

四、 總結(jié)

RCD箝位電路廣泛應(yīng)用于中小功率的反激式變換器中，只有合理的選擇R、C的參數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性的電源。