緩沖反激式轉換器

本期，我們將聚焦于緩沖反激式轉換器，探討如何在反激式轉換器中緩沖 FET 關(guān)斷電壓為大家提供全新的解決思路！

上一期，我們介紹了如何在正向轉換器導通時(shí)緩沖輸出整流器的電壓?，F在，我們看一下如何在反激式轉換器中緩沖 FET 關(guān)斷電壓。

圖 1 顯示了反激式轉換器功率級和初級 MOSFET 電壓波形。該轉換器的工作原理是將能量存儲在變壓器的初級電感中，并在 MOSFET 關(guān)斷時(shí)將能量釋放到次級電感。

圖 1. 漏電感會(huì )在 FET 關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生過(guò)高電壓

當 MOSFET 關(guān)斷時(shí)，通常需要一個(gè)緩沖器，因為變壓器的漏電感會(huì )導致漏極電壓上升到高于反射輸出電壓（Vreset）。存儲在漏電感中的能量會(huì )使 MOSFET 發(fā)生雪崩，因此添加了由 D1、R24 和 C6 組成的電壓鉗位電路。該電路上的鉗位電壓由漏電感中的能量和電阻中的功率損耗決定。阻值較低的電阻將降低鉗位電壓，但增加功率損耗。

圖 2 顯示了變壓器初級和次級電流波形。

圖 2. 漏電感會(huì )竊取輸出能量

左側是 MOSFET 導通時(shí)的簡(jiǎn)化功率級。輸入電流通過(guò)漏電感和互電感的串聯(lián)組合逐漸增大。右圖顯示了關(guān)斷期間的簡(jiǎn)化電路。此處電壓反向，使輸出二極管和鉗位二極管正向偏置。我們展示了反映到變壓器初級側的輸出電容器和二極管。

兩個(gè)電感器串聯(lián)，在 Q1 關(guān)斷時(shí)最初承載相同電流。這意味著(zhù)在關(guān)斷后，輸出二極管 D2 中立即沒(méi)有電流流動(dòng)，總變壓器電流在 D1 中流動(dòng)。漏電感的電壓是鉗位電壓與復位電壓之間的差值，往往會(huì )使漏電快速放電。

如圖所示，通過(guò)這一簡(jiǎn)單的計算方法，可確定轉移到緩沖器的能量。實(shí)際上，可以通過(guò)減少漏電感中能量的釋放時(shí)間來(lái)減少轉移的能量。通過(guò)允許鉗位電壓增加可以實(shí)現這一點(diǎn)。

有趣的是，您可以計算出鉗位電壓與緩沖器功率損耗之間的權衡關(guān)系。如圖 2 所示，進(jìn)入鉗位電路的功率等于平均鉗位二極管電流乘以鉗位電壓（假定鉗位電壓恒定）。重新排列一些項后，我們發(fā)現 ?×F×L×I2 這一項與非連續反激式轉換器的輸出功率有關(guān)。在本例中，電感是漏電感。

該表達式有點(diǎn)出乎意料，因為功率損耗不僅僅是存儲在漏電感中的能量。該值始終更大，但取決于鉗位電壓。圖 3 顯示了這種關(guān)系。

圖 3. 增加鉗位電壓可減少緩沖器損耗

該圖顯示了標準化漏電感能量損耗和鉗位與復位電壓之比之間的關(guān)系。處于高鉗位電壓值時(shí)，緩沖器損耗接近漏電感中的能量。通過(guò)降低電阻而降低鉗位電壓時(shí)，能量會(huì )從主輸出轉移，緩沖器損耗會(huì )顯著(zhù)增加。當 Vclamp/Vreset 比率為 1.5 時(shí)，緩沖器損耗幾乎是漏電感存儲能量相關(guān)損耗的三倍。

巧合的是，漏電感通常是磁化電感的約 1%。這使圖 3 更加有趣，因為它可以表明降低鉗位電壓對效率的影響?？v軸則變?yōu)樾蕮p失。因此，將鉗位比從 2 降低到 1.5 將對效率產(chǎn)生 1% 的影響。

結語(yǔ)

總而言之，反激式轉換器的漏電感會(huì )給電源開(kāi)關(guān)帶來(lái)不可接受的電壓應力。RCD 緩沖器可以控制此應力。不過(guò)，需要在鉗位電壓與電路損耗之間做出取舍。

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