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反激拓撲7—如何消除漏感影響?

       首先對上一節的內容(反激拓撲6—反激變壓器之漏感)進行一個補充,漏感不僅會造成初級開關管電壓應力尖峰,同時在CCM模式下,當初級開關管導通瞬間,次級漏感也容易與二極管的結電容發生諧振,在二極管兩端產生電壓尖峰,通常我們會在二極管兩端并聯RC吸收對電壓尖峰進行吸收。(對于RC吸收參數的計算,后續有機會詳解,給自己留的作業太多了。。。

      上一節,主要談到漏感對反激電路兩個關鍵的影響,即開關管電壓尖峰和交叉調整率。

    (1)利用RCD吸收漏感造成的電壓尖峰典型的RCD設計電路大家都很熟悉,如下圖所示

開關管關斷過程的波形如下圖所示。

注:以上波形來源于RICHTEK官網

       在開關管關斷瞬間,由于漏感的作用,開關管兩端的電壓Vds會超過Vin+n(Vo+VF),此時,變壓器的漏感電流依原初始方向繼續流動,它將分成兩路:一路(即Ids)在逐漸關斷的開關管繼續流動(實際應用中,開關管關斷存在一個漸變的過程);另一路(即iSn)經由緩沖電路的二極管(DSn)向電容(CSn)充電。在計算過程中,我們可以假設開關管關斷過程為理想的關斷,即關斷瞬間,開關管電流(即iDS)變為0,剩余的全部電流流入RCD電路,即iSn=iDS_Peak。從電路的拓撲中,我們可以得出,漏感上的電壓降為

       其中Vsn就是RCD吸收電容上的電壓,一般Vsn設計為反射電壓n(Vo+VF)的2~2.5倍。根據伏秒平衡原則,可以計算出吸收過程的時間為

       根據波形可以計算RCD電路的功率損耗為

      將tSn帶入上式可得

       在前述章節中有強調過(反激拓撲5—如何設計反激變壓器?),CCM模式和DCM模式中,開關管的峰值電流計算方式不同。

       CCM模式中

       DCM模式中,因為存在電流為0的區間,上述公式不再使用,依據能量守恒原則

       RCD吸收電路的電容CSn可以通過其允許的紋波電壓以及能量守恒原則進行計算

       一般緩沖電容的電壓紋波△VSn設計為電容兩端電壓VSn的5%~10%。RCD電路吸收效果對比波形如下

注:以上波形來源于RICHTEK官網

       (2)改善反激變壓器交叉調整率的方法

       ①減小變壓器漏感,主要涉及到變壓器的繞制方式(后續進行詳細講解

       ②采用低導通電壓的整流二極管或采用同步整流的方式可減小變壓器漏感對交叉調整率的影響;

       ③輸出加假負載,改善輕載條件下的交叉調整率,假負載可以幫助釋放變壓器漏感中存儲的能量,但是會增加待機功耗。

       ④輸出增加穩壓電路(如串聯穩壓、DCDC等)

       ⑤采用多路輸出加權反饋控制方法、利用加權的原理,把主輸出電壓和輔助輸出電壓按一定的權重比例進行取樣反饋,從而使輔助輸出電壓也能像主輸出電壓一樣,能夠對占空比起到一定的調節作用,使輔助輸出電壓的變化得到一定程度的改善,從而降低輸出電壓的交叉調整率。由于主反饋輸出電壓被加權系數影響,主反饋輸出電壓的精度會收到一定程度的影響,需要綜合評估應用場景的需求。

注:以上圖片來源于芯朋微官方網站

參考文檔《Fairchild Semiconductor—Design Guidelines for RCD Snubber of Flyback Converters》

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