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反激式电源中MOSFET的钳位电路

上网日期: 2010年09月17日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:反激式电源? 钳位电路? AC/DC?

输出功率100W以下的AC/DC电源通常都采用反激式拓扑结构。这种电源成本较低,使用一个控制器就能提供多路输出跟踪,因此受到设计师们的青睐,且已成为元件数少的AC/DC转换器的标准设计结构。不过,反激式电源的一个缺点是会对初级开关元件产生高应力。

反激式拓扑结构的工作原理,是在电源导通期间将能量储存在变压器中,在关断期间再将这些能量传递到输出。反激式变压器由一个磁芯上的两个或多个耦合绕组构成,激磁能量在被传递到次级之前,一直储存在磁芯的串联气隙间。实际上,绕组之间的耦合从不会达到完美匹配,并且不是所有的能量都通过该气隙进行传递。少量的能源储存在绕组内和绕组之间,这部分能量被称为变压器漏感。开关断开后,漏感能量不会传递到次级,而是在变压器初级绕组和开关之间产生高压尖峰。此外,还会在断开的开关和初级绕组的等效电容与变压器的漏感之间,产生高频振铃(图1)。

反激式电源中MOSFET的钳位电路(电子工程专辑)
图1:漏感产生的漏极节点开关瞬态

如果该尖峰的峰值电压超过开关元件(通常为功率MOSFET)的击穿电压,就会导致破坏性故障。此外,漏极节点的高幅振铃还会产生大量EMI。对于输出功率在约2W以上的电源来说,可以使用钳位电路来安全耗散漏感能量,达到控制MOSFET电压尖峰的目的。

钳位的工作原理

钳位电路用于将MOSFET上的最大电压控制到特定值,一旦MOSFET电压达到阈值,所有额外的漏感能量都会转移到钳位电路,或者先储存起来慢慢耗散,或者重新送回主电路。钳位的一个缺点是它会耗散功率并降低效率,因此,有许多不同类型的钳位电路可供选择(图2)。有多种钳位使用齐纳二极管来降低功耗,但它们会在齐纳二极管快速导通时增加EMI的产生量。RCD钳位能够很好地平衡效率、EMI产生量和成本,因此最为常用。

反激式电源中MOSFET的钳位电路(电子工程专辑)
图2:不同类型的钳位电路

钳位

RCD钳位的工作原理为:MOSFET关断后,次级二极管立即保持反向偏置,励磁电流对漏极电容充电(图3a)。当初级绕组电压达到由变压器匝数所定义的反射输出电压(VOR)时,次级二极管关断,励磁能量传递到次级。漏感能量继续对变压器和漏极电容充电,直到初级绕组电压等于箝位电容电压(图3b)。

反激式电源中MOSFET的钳位电路(电子工程专辑)
图3:RCD钳位电路的初级侧钳位


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