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反激电路的工作原理(反激电路工作原理视频)





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



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