反激式开关电源,rcd吸收电路工作原理-KIA MOS管

反激式开关电源rcd吸收电路

反激开关电源在MOS管关断时，变压器初级绕组漏感存储的能量无法向次级绕组传递，初级绕组的漏感和MOS管的寄生电容产生了谐振电压波形。

这个谐振电压尖峰与次级绕组反射电压、电源输入电压叠加在一起，加载到MOS管的DS两端。如加载电压超过MOS管的耐压，则MOS管损坏。如加载电压在MOS管耐压之下，但靠近MOS管耐压最大值，则影响MOS管使用寿命。

RCD吸收电路的作用就是抑制谐振电压尖峰，为MOS管耐压留出至少20%的电压余量，避免MOS管损坏或影响MOS管使用寿命。另外，RCD吸收电路抑制了谐振电压振荡，对EMI有利。

反激式开关电源,rcd吸收电路

RCD吸收电路工作原理

用于吸收MOS管电压尖峰的电路还有其他电路形式，但在开关电源中RCD吸收电路是最常用的。RCD吸收电路由二极管D，电阻R，电容C组成，其电路结构如下图所示。

反激式开关电源,rcd吸收电路

结合原理图，忽略二极管D的正向导通压降。当MOS关断时，谐振电压波形在B点产生电压尖峰，此时UB高于UA（初始时刻电容C两端无电压差），则UB通过二极管D向电容C充电。Uds电压升高的本质是初级绕组漏感瞬变电流感应产生的电压（初级绕组漏感存储的磁能）向MOS管的寄生电容Coss进行充电，寄生电容Coss两端电荷积累，电压差增大。

当二极管D导通，由于电容C比MOS管的寄生电容大得多，所以电容C会分掉大部分电流（这部分电流本来是向寄生电容Coss充电的），使得寄生电容Coss充电过程变得缓慢，所以说电容C会抑制Uds电压尖峰。同时电阻R消耗初级绕组漏感存储的能量，使得谐振波形尽快趋于平稳。

在MOS管关断的时间内，钳位电容很快充电达到设定的钳位电压，谐振电压尖峰低于钳位电压（当谐振电压UB波形开始下降到低于UA时，并一直保持UB低于UA，UB逐渐回落至Uin+Ur），之后钳位二极管截止，钳位电容C通过钳位电阻R以热能的形式释放能量。

需要注意的是，需要限制电阻R放电的速度（意味着电阻阻值不能选得太小），保证钳位电压不会低于反射电压，否则UB大于UA（此时UB=Uin+Ur，UA=Uin+Uclamp，Uclamp受电阻放电影响是逐渐减小的），则钳位二极管导通，钳位电阻开始消耗原本要向次级绕组传递的能量，这样会降低电源效率。通过这种方式，在MOS管关断时，RCD吸收电路吸收初级绕组漏感在MOS管开通时刻存储的能量，限制Uds不得超过UA。

为了避免上一周期钳位电容C存储的能量影响下一个周期钳位动作，要求在下一次MOS导通之前，电阻R将钳位电容C上的能量释放全部释放掉。如果没有电阻R，则在每个周期漏感都将对电容C进行充电，使得电容C两端电压不断升高，直至MOS管或电容承受不住高电压而损坏。一般地，要求MOS管开关周期T=（2~4）×RC。

下图为开关电源增加RCD电路前后MOS管Uds测试波形对比，左图为加RCD之前电路的测试结果，右图为为加RCD之后电路的测试结果：

红：MOS管Uds电压，蓝：MOS管耐压Uds max

反激式开关电源,rcd吸收电路