如何抑制反激电源中的振铃现象?详解-KIA MOS管
反激电源是最常用的拓扑之一。其变压器漏感常会引起原边振铃,并导致会损坏 MOSFET 的电压尖峰。因此,通过变压器和MOSFET 组件的合理设计来控制振铃非常重要。
在反激电路中,MOS管关断之后变压器会将原边的能量转移到副边。但漏感中的能量却无法转移,这部分的能量会在电路中的杂散电容上产生振铃。
所以说振铃产生的根本原因是漏感的存在,但是漏感是无法消除的,一般只能通过设计绕线方式来减小漏感,漏感量通常是1%-5%的电感量。
常用减小漏感的绕线方式就是“三明治”绕线法,类似我们吃到三明治,将初次绕组Np一分为2,将次级绕组Ns包住,即先绕制一半Np,再绕辅助绕组,最后再绕剩下一半Np。
反激电路中,MOS在关断后,其两端电压由三部分组成,输入电压最大值Vinmax,副边折射电压VoR=N x Vout和振铃产生的尖峰电压Vspike,在输入输出电压,匝比N和MOS选定的情况下,我们就需要尽量抑制Vspike来保证MOS工作在应力范围内。
在抑制振铃方面,通常工程师会选择RCD钳位电路,因为其设计简单、成本较低, 并且可以有效压制电压尖峰。
正确选择 RCD 钳位电路至关重要,因为不理想的电阻和电容值会增加 MOSFET 的应力或电路功耗。
图 3 显示出,当 MOSFET 导通时,能量存储在励磁电感 (LM) 和漏电感 (LS) 中;当 MOSFET 关断时,LM 中的能量被转移到副边,但漏感能量不会转移。
漏感会被释放以导通D1,并为 C1充电。一旦充电电压达到 VCLAMP,则D1 关断,C1 通过R1放电。
图 3:MOSFET 导通/关断时的能量传输
MOS开通时刻,能量存储在励磁电感Lm和漏感Ls中,当MOS关断时候,Lm中能量会传到副边,但漏感中能量却不会。这时候漏感会释能,D1导通给C1充电,当充电电压到达Vclamp时,D1截止,C1通过R1放电。
接下来,根据能量守恒的原则和以上的计算公式,可以推导出R1值(见如下计算公式),R1在具体选择时需要考虑电阻功率1/3的降额。
箝位电容C1的值应取得足够大以保证其在吸收漏感能量时自身的脉动电压足够小,通常取这个脉动电压为箝位电压的5%--10%这样,我们就可通过下式来确定C1的最小值,C1需要选择寄生R和L较小的。
总而言之,想要控制好反激原边振铃,RCD可以作为一种简单有效的抑制手段,通过合理设置RC,可以较好地吸收漏感能量,同时不消耗主励磁电感能力,还能将尖峰电压钳位到一个合理的范围内,既抑制了电压尖峰,又减轻了功率器件开关应力,一举两得。
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