歡迎來(lái)到《電源設(shè)計(jì)小貼士集錦》系列文章

本期，我們將聚焦于

緩沖反激式轉(zhuǎn)換器

探討如何在反激式轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器導(dǎo)通時(shí)緩沖輸出整流器的電壓。現(xiàn)在，我們看一下如何在反激式轉(zhuǎn)換器中緩沖 FET 關(guān)斷電壓。

圖 1 顯示了反激式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)和初級(jí) MOSFET 電壓波形。該轉(zhuǎn)換器的工作原理是將能量存儲(chǔ)在變壓器的初級(jí)電感中，并在 MOSFET 關(guān)斷時(shí)將能量釋放到次級(jí)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(dāng) MOSFET 關(guān)斷時(shí)，通常需要一個(gè)緩沖器，因?yàn)樽儔浩鞯穆╇姼袝?huì)導(dǎo)致漏極電壓上升到高于反射輸出電壓（Vreset）。存儲(chǔ)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(jí)和次級(jí)電流波形。

圖 2. 漏電感會(huì)竊取輸出能量

左側(cè)是 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)的簡(jiǎn)化功率級(jí)。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(jí)側(cè)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(fù)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(jì)算方法，可確定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移的能量。通過(guò)允許鉗位電壓增加可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

有趣的是，您可以計(jì)算出鉗位電壓與緩沖器功率損耗之間的權(quán)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(xiàng)后，我們發(fā)現(xiàn) ?×F×L×I2 這一項(xiàng)與非連續(xù)反激式轉(zhuǎn)換器的輸出功率有關(guān)。在本例中，電感是漏電感。

該表達(dá)式有點(diǎn)出乎意料，因?yàn)楣β蕮p耗不僅僅是存儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)化漏電感能量損耗和鉗位與復(fù)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(zhuǎn)移，緩沖器損耗會(huì)顯著增加。當(dāng) Vclamp/Vreset 比率為 1.5 時(shí)，緩沖器損耗幾乎是漏電感存儲(chǔ)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?yàn)樗梢员砻鹘档豌Q位電壓對(duì)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(duì)效率產(chǎn)生 1% 的影響。

結(jié)語(yǔ)

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