【48812】反激式电源中MOSFET的钳位电路详解

  就能供给多路输出盯梢，因而遭到规划师们的喜爱，且已成为元件数少的AC/DC的规范规划结构。不过，反激式电源的一个缺陷是会对初级开关元件发生高应力。

  反激式拓扑结构的作业原理，是在电源导通期间将能量储存在变压器中，在关断期间再将这些能量传递到输出。反激式变压器由一个磁芯上的两个或多个耦合绕组构成，激磁能量在被传递到次级之前，一向储存在磁芯的串联气隙间。实践上，绕组之间的耦合从不会到达完美匹配，而且不是一切的能量都经过该气隙进行传递。少数的动力储存在绕组内和绕组之间，这部分能量被称为变压器漏感。开关断开后，漏感能量不会传递到次级，而是在变压器初级绕组和开关之间发生高压尖峰。此外，还会在断开的开关和初级绕组的等效电容与变压器的漏感之间，发生高频振铃(图1)。

  假如该尖峰的峰值电压超越开关元件(一般为功率MOSFET)的击穿电压，就会导致破坏性毛病。此外，漏极节点的高幅振铃还会发生很多EMI。关于输出功率在约2W以上的电源来说，可以正常的运用钳位电路来安全耗散漏感能量，到达操控MOSFET电压尖峰的意图。

  钳位电路用于将MOSFET上的最大电压操控到特定值，一旦MOSFET电压到达阈值，一切额定的漏感能量都会搬运到钳位电路，或许先储存起来渐渐耗散，或许从头送回主电路。钳位的一个缺陷是它会耗散功率并下降功率，因而，有许多不相同的钳位电路可供挑选(图2)。有多种钳位运用来下降功耗，但它们会在齐纳二极管快速导通时增加EMI的发生量。RCD钳位可以很好地平衡功率、EMI发生量和本钱，因而最为常用。

  RCD钳位的作业原理为：MOSFET关断后，次级二极管当即坚持反向偏置，励磁电流对漏极电容充电(图3a)。当初级绕组电压到达由变压器匝数所界说的反射输出电压(VOR)时，次级二极管关断，励磁能量传递到次级。漏感能量持续对变压器和漏极电容充电，直到初级绕组电压等于箝位电容电压(图3b)。

  此刻，阻断二极管导通，漏感能量被搬运到钳位电容(图4a)。经由电容吸收的充电电流将漏极节点峰值电压钳位到VIN(MAX)+VC(MAX)。漏感能量彻底搬运后，阻断二极管关断，钳位电容放电到钳位电阻，直到下一个周期开端(图4b)。一般会增加一个小电阻与阻断二极管串联，以衰减在充电周期结束时变压器电感和钳位电容之间发生的任何振动。这一完好周期会在钳位电路中形成电压纹波(称为VDELTA)，纹波起伏经过调理并联电容和电阻的巨细来操控(图5)。

  RCDZ钳位与RCD钳位的作业原理相同，不同点在于它经过齐纳二极管与电阻串联来分管耗散(图2)。齐纳二极管可防止电容放电至齐纳二极管阻断电压以下，这样可约束功率耗散并提高功率，特别是在轻载时很有用。ZD钳位对由齐纳二极管的阻断电压指定的MOSFET电压供给硬钳位。RCD+Z钳位与RCD钳位的作业方式相同，所增加的齐纳二极管对瞬态条件下的MOSFET电压供给硬钳位，而且前者在正常作业条件下的EMI生成特性，也与RCD钳位相同。

  钳位规划有必要一起考虑变压器和MOSFET的特性。假如最低钳位电压低于变压器的VOR，钳位将充任一个负载，耗散的不单单是漏感能量。假如钳位元件过小，它们或许变得过热，无法防备风险的电压，并会发生不必要的EMI。最重要的是，钳位有必要对各种电源输入电压、负载电流和元件容差条件下的MOSFET供给维护。

  3．确认正确的初级电流IP，办法如下：假如规划选用功率约束设定，则IP=ILIMITEXT；假如规划选用外部流限设定，则IP=ILIMITEXT；关于一切其他规划，IP=IILIMITMAX。

  4．确认初级MOSFET所答应的总电压，并依据以下公式核算Vmaxclamp。

  主张至少应保持低于MOSFET的BVDSS 50V的电压裕量，并别的留出30V到50V的电压裕量，以满意瞬态电压要求。

  16．阻断二极管的正向重复峰值电流额定值应大于IP；假如数据手册中未供给该参数，则均匀正向电流额定值应大于：0.5*IP。

  完结初始规划后，应制造一个原型来查验电源功用，由于变压器漏感会因绕组技能的不同而有极大差异。特别是，应当丈量均匀电压Vclamp，并将之与过程7中的核算成果作比较(图5)。如有任何差异，可经过调整Rclamp值来纠正。假如测验成果与预期相差悬殊，则有必要从头进行规划。

  其他钳位类型及其每个额定元件巨细的确认过程都是相同的。在挑选二极管和齐纳稳压管时有必要分外的留意，以保证不会超越它们的功率额定值。在要求运用齐纳稳压功用的大部分规划中，应运用瞬态电压抑制器来供给所需的瞬时峰值额定功率。

  应在电源满载及最低输入电压条件下丈量元件体的温度，查验其功率额定值是不是正确。如有元件的作业时分的温度超出制造商的主张温度限值，应从头调整其巨细，并依据原型成果细心规划。

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