Robert Kollman

在 10 月時(shí)，我們介紹了如何在順向式轉(zhuǎn)換器導(dǎo)通時(shí)，緩衝輸出整流器兩端的電壓。現(xiàn)在，我們來看一下如何緩衝返馳式轉(zhuǎn)換器中的 FET 關(guān)斷電壓。

圖 1 顯示返馳式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)和一次側(cè) MOSFET 電壓波形。此轉(zhuǎn)換器的工作原理是將能量?jī)?chǔ)存在變壓器的一次電感中，並在 MOSFET 關(guān)斷時(shí)將能量釋放到二次電感中。

當(dāng) MOSFET 關(guān)斷時(shí)，通常需要緩衝器，因?yàn)樽儔浩鞯穆╇姼袑?dǎo)致汲極電壓升至反射輸出電壓 (V_reset) 以上。漏電感中儲(chǔ)存的能量會(huì)使 MOSFET 雪崩，因此增加了由 D1、R24 和 C6 組成的電壓箝位電路。此電路的箝位電壓由洩漏的能量和電阻器的功耗決定。較低值的電阻器會(huì)降低箝位電壓，但會(huì)增加功率損耗。

圖 2 顯示了變壓器一次和二次電流波形。

左側(cè)是 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)簡(jiǎn)化的功率級(jí)。輸入電流透過漏電感和互感的串聯(lián)組合而上升。右側(cè)則顯示了關(guān)斷期間的簡(jiǎn)化電路。此時(shí)電壓已反轉(zhuǎn)至輸出二極體和箝位二極體正向偏壓的程度。我們向各位展示反射至變壓器一次側(cè)的輸出電容器及二極體。

兩個(gè)電感器串聯(lián)在一起，在 Q1 關(guān)斷的最初承載相同的電流。這表示關(guān)斷後輸出二極體 D2 中沒有電流流動(dòng)，變壓器總電流則流經(jīng) D1。漏電感兩端的電壓是箝位電壓和重設(shè)電壓之間的差值，並且往往會(huì)快速釋放漏電。

如圖所示，透過簡(jiǎn)單的計(jì)算即可確定轉(zhuǎn)移至緩衝器的能量。事實(shí)證明，可以透過減少漏電感中能量釋放的時(shí)間來減少轉(zhuǎn)移的能量。這是透過允許箝位電壓增加而實(shí)現(xiàn)。

有趣的是，您可以計(jì)算箝位電壓與緩衝器功耗之間的取捨。如圖 2 所示，輸入箝位電路的功率等於平均箝位二極體電流乘以箝位電壓 (假設(shè)箝位電壓恆定)。重新排列一些項(xiàng)目，我們發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目 ? × F × L × I²，它與非連續(xù)返馳式轉(zhuǎn)換器的輸出功率有關(guān)。在這種情況下，電感就是漏電感。

這個(gè)運(yùn)算式有點(diǎn)令人驚訝，因?yàn)楣β蕮p耗不僅僅是漏電中儲(chǔ)存的能量。它總是更大，但仍取決於箝位電壓。圖 3 顯示了這種關(guān)係。

圖表繪出了標(biāo)準(zhǔn)化為漏電感能量損耗的損耗與箝位電壓和重設(shè)電壓之比的關(guān)係。在高鉗位電壓值下，緩衝器損耗接近漏電感中的能量。由於透過減少電阻來降低箝位電壓，因此能量從主輸出轉(zhuǎn)移，而且緩衝器耗散急劇增加。當(dāng) Vclamp/Vreset 比率為 1.5 時(shí)，它幾乎是與漏電感儲(chǔ)存能量相關(guān)損耗的三倍。

巧合的是，漏電感通常約為激磁電感的 1%。這讓圖 3 變得更加有趣，因?yàn)樗蛭覀儽砻髁私档腕槲浑妷簩?duì)效率產(chǎn)生的影響。然後，垂直軸就成了效率損失。因此，將箝位比從 2 降低到 1.5 會(huì)對(duì)效率產(chǎn)生 1% 的影響。

總而言之，返馳式轉(zhuǎn)換器的漏電感會(huì)給電源開關(guān)帶來不可接受的電壓應(yīng)力。RCD 緩衝器可以控制應(yīng)力。但是，在箝位電壓與電路損耗之間仍需有所取捨。

先前發(fā)佈於 EDN.com。