電源設(shè)計(jì)小貼士17：緩沖反向轉(zhuǎn)換器

之前，我們介紹了如何對(duì)正向轉(zhuǎn)換器輸出整流器開啟期間兩端的電壓進(jìn)行緩沖。現(xiàn)在，我們來研究如何對(duì)反向轉(zhuǎn)換器的 FET 關(guān)斷電壓進(jìn)行緩沖。

圖 1 顯示了反向轉(zhuǎn)換器功率級(jí)和一次側(cè) MOSFET 電壓波形。該轉(zhuǎn)換器將能量存儲(chǔ)于一個(gè)變壓器主繞組電感中并在 MOSFET 關(guān)閉時(shí)將其釋放到次級(jí)繞組。由于變壓器的漏極電感會(huì)使漏電壓升至反射輸出電壓 (Vreset) 以上，因此 MOSFET 關(guān)閉時(shí)通常會(huì)需要一個(gè)緩沖器。存儲(chǔ)于漏極電感中的能量可使 MOSFET 產(chǎn)生雪崩現(xiàn)象，因此要添加一個(gè)由 D1、R24 和 C6 組成的鉗壓電路。該電路的鉗位電壓取決于漏電的能量大小以及電阻器的功率消耗。更小值的電阻雖然可以降低鉗位電壓，但會(huì)增加功率損耗。

圖1 FET 關(guān)斷時(shí)漏極電感形成過電壓

圖 2 顯示的是變壓器主繞組和次級(jí)繞組的電流波形。左側(cè)是 MOSFET 開啟時(shí)的簡(jiǎn)化功率級(jí)。輸入電流通過漏極電感和互電感的串聯(lián)組合斜坡上升。右邊顯示的是關(guān)斷期間的一個(gè)簡(jiǎn)化電路。此處，電壓已反向至輸出二極管和鉗位二極管正向偏置的點(diǎn)。我們展示了反射到變壓器一次側(cè)的輸出電容器和二極管。兩個(gè)電感為串聯(lián)，并在 Q1 關(guān)斷時(shí)初始傳輸相同的電流。這就是說關(guān)斷以后輸出二極管 D2 中并未立即出現(xiàn)電流，同時(shí)總變壓器電流在 D1 中流動(dòng)。漏極電感的電壓是鉗位電壓和重位電壓之間的差，且往往會(huì)快速釋放漏電。如圖所示，經(jīng)過簡(jiǎn)單計(jì)算便可得到分流至緩沖器的能量大小。因此您可以通過縮短釋放漏極電感中能量的時(shí)間，來減少分流能量。提高鉗位電壓可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

圖2 漏極電感竊取輸出能量

有趣的是，您可以在鉗位電壓和緩沖器功耗之間計(jì)算得到一個(gè)折中值。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（假設(shè)一個(gè)恒定鉗位電壓）。重排某些項(xiàng)后，我們可以得到 ½ * F *L * I2，其與間斷反向轉(zhuǎn)換器輸出功率相關(guān)。這種情況下，電感為漏極電感。該表達(dá)式稍稍令人有些吃驚，因?yàn)槠渲械墓β蕮p耗不僅僅是存儲(chǔ)于漏極中的能量。它始終都較大，但卻依賴于鉗位電壓。圖 3 顯示了這種關(guān)系。該圖繪出了漏極電感能量損耗標(biāo)準(zhǔn)化損耗與鉗位電壓和重位電壓之比的對(duì)比關(guān)系。在鉗位電壓高值位置，緩沖器損耗接近漏極電感中的能量。由于減小電阻降低了鉗位電壓，因此能量從主輸出分流，同時(shí)緩沖器損耗急劇增加。在 1.5 Vclamp/Vreset 比時(shí)，其幾乎三倍于漏極電感存儲(chǔ)能量相關(guān)的損耗。

圖3 增加鉗位電壓可降低緩沖器損耗

碰巧的是，漏極電感通常為磁化電感的 1% 左右。這讓圖 3 看起來更為有趣，其向我們表明降低鉗位電壓會(huì)對(duì)效率產(chǎn)生的影響，所以只需縱軸變?yōu)樾蕮p耗。因此，將鉗位比從 2 降到 1.5 會(huì)對(duì)效率產(chǎn)生 1% 的影響。

總之，反向轉(zhuǎn)換器的漏極電感可對(duì)電源開關(guān)產(chǎn)生不可接受的電壓應(yīng)力。RCD 緩沖器可以控制這種應(yīng)力。但是，可以在鉗位電壓和電路損耗之間有一種折中方法。

下次，我們將研究分壓器的精確度，敬請(qǐng)期待。

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