RCD鉗位電路基本原理分析及元件參數設計

1基本原理分析

由于變壓器漏感的存在，反激變換器在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間會(huì )產(chǎn)生很大的尖峰電壓，使得開(kāi)關(guān)管承受較高的電壓應力，甚至可能導致開(kāi)關(guān)管損壞。因此，為確保反激變換器安全可靠工作，必須引入鉗位電路吸收漏感能量。鉗位電路可分為有源和無(wú)源鉗位電路兩類(lèi)，其中無(wú)源鉗位電路因不需控制和驅動(dòng)電路而被廣泛應用。在無(wú)源鉗位電路中，RCD鉗位電路因結構簡(jiǎn)單、體積小、成本低而倍受青睞。

RCD鉗位電路在吸收漏感能量的時(shí)候，同時(shí)也會(huì )吸收變壓器中的一部分儲能，所以RCD鉗位電路參數的選擇，以及能耗到底為多少，想要確定這些情況會(huì )變得比較復雜。對其做詳細的分析是非常必要的，因為它關(guān)系到開(kāi)關(guān)管上的尖峰電壓，從而影響到開(kāi)關(guān)管的選擇，進(jìn)而會(huì )影響到EMI，并且，RCD電路設計不當，會(huì )對效率造成影響，而過(guò)多的能量損耗又會(huì )帶來(lái)溫升問(wèn)題，所以說(shuō)RCD鉗位電路可以說(shuō)是很重要的部分。

1)t0-t1階段。開(kāi)關(guān)管T1導通，二極管D1、D2因反偏而截止，鉗位電容C1通過(guò)電阻R1釋放能量，電容兩端電壓UC下降;同時(shí)，輸入電壓Ui加在變壓器原邊電感LP兩端，原邊電感電流ip線(xiàn)性上升，其儲能隨著(zhù)增加，直到t1時(shí)刻，開(kāi)關(guān)管T1關(guān)斷，ip增加到最大值。此階段變換器一次側的能量轉移等效電路如圖2(a)所示。

2)t1-t2階段。從t1時(shí)刻開(kāi)始，開(kāi)關(guān)管進(jìn)入關(guān)斷過(guò)程，流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流id 開(kāi)始減小并快速下降到零;同時(shí)，此階段二極管D2仍未導通，而流過(guò)變壓器原邊的電流IP首先給漏源寄生電容Cds恒流充電(因LP很大)，UDS快速上升(寄生電容Cds較小)，變壓器原邊電感儲存能量的很小一部份轉移到Cds;直到t2時(shí)刻，UDS 上升到Ui+Uf(Uf為變壓器副邊向原邊的反饋電壓)。此階段變換器一次側的能量轉移等效電路如圖2(b)所示，鉗位電容C1繼續通過(guò)電阻R1釋放能量。

3)t2-t3階段。t2時(shí)刻，UDS上升到Ui+Uf后，D2開(kāi)始導通，變壓器原邊的能量耦合到副邊，并開(kāi)始向負載傳輸能量。由于變換器為穩壓輸出，則由變壓器副邊反饋到原邊的電壓Uf=n(Uo+UD)(Uo為輸出電壓，UD為二極管D2導通壓降，n為變壓器的變比)可等效為一個(gè)電壓源。但由于變壓器不可避免存在漏感，因此，變壓器原邊可等效為一電壓源Uf和漏感Llk串聯(lián)，繼續向Cds充電。直到t3時(shí)刻，UDS上升到Ui+UCV(UCV的意義如圖1(b)所示)，此階段結束。此階段變換器一次側的能量轉移等效電路如圖2(c)所示，鉗位電容C1依然通過(guò)電阻R1釋放能量。由于t1-t3階段持續時(shí)間很短，可以認為該階段變壓器原邊峰值電流IP對電容Cds恒流充電。

4)t3-t4階段。t3時(shí)刻，UDS 上升到Ui+UCV，D1開(kāi)始導通，等效的反饋電壓源Uf與變壓器漏感串聯(lián)開(kāi)始向鉗位電容C1充電，因此漏源電壓繼續緩慢上升(由于C1的容量通常比Cds大很多)，流過(guò)回路的電流開(kāi)始下降，一直到t4時(shí)刻，變壓器原邊漏感電流ip下降到0，二極管D1關(guān)斷，開(kāi)關(guān)管漏源電壓上升到最大值Ui+UCP(UCP的意義如圖1(b)所示)。此階段變換器一次側的能量轉移等效電路如圖2(d)所示。

5)t4-t5階段。t4時(shí)刻，二極管D1已關(guān)斷，但由于開(kāi)關(guān)管漏源寄生電容Cds的電壓UDS=Ui+UCP>Ui，將有一反向電壓加在變壓器原邊兩端，因此，Cds與變壓器原邊勵磁電感Ls及其漏感Llk開(kāi)始諧振，其能量轉移等效電路如圖2(e)所示。諧振期間，開(kāi)關(guān)管的漏源電壓UDS逐漸下降，儲存于Cds中的能量的一部份將轉移到副邊，另一部分能量返回輸入電源，直到t5時(shí)刻諧振結束時(shí)，漏源電壓UDS穩定在Ui+Uf。由于此階段二極管D1關(guān)斷，鉗位電容C1通過(guò)電阻R1放電，其電壓UC將下降。結合圖1和圖2進(jìn)行分析可知：如果反饋電壓大于鉗位電容電壓，則在整個(gè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間，回饋電壓一直在向RCD鉗位電路提供能量，而該能量最終將被電阻R1消耗，因而將產(chǎn)生巨大的損耗。

以上的分析是西安科技大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院劉樹(shù)林教授于2010年發(fā)表在點(diǎn)擊工程學(xué)報上的一篇關(guān)于RCD鉗位電路的論文。

他的分析很詳細，也很直觀(guān)，也都是對的。是我在網(wǎng)絡(luò )上能找到的最好的