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，反激變換器在開關管關斷瞬間會產生很大的尖峰電壓，使得開關管承受較高的電壓應力，甚至可能導致開關管損壞。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源鉗位電路兩類，其中無源鉗位電路因不需控制和驅動電路而被廣泛應用。在無源鉗位電路中，RCD鉗位電路因結構簡單、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候，同時也會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變得比較復雜。對其做詳細的分析是非常必要的，因為它關系到開關管上的尖峰電壓，從而影響到開關管的選擇，進而會影響到EMI，并且，RCD電路設計不當，會對效率造成影響，而過多的能量損耗又會帶來溫升問題，所以說RCD鉗位電路可以說是很重要的部分。

1)t0-t1階段。開關管T1導通，二極管D1、D2因反偏而截止，鉗位電容C1通過電阻R1釋放能量，電容兩端電壓UC下降;同時，輸入電壓Ui加在變壓器原邊電感LP兩端，原邊電感電流ip線性上升，其儲能隨著增加，直到t1時刻，開關管T1關斷，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時刻開始，開關管進入關斷過程，流過開關管的電流id 開始減小并快速下降到零;同時，此階段二極管D2仍未導通，而流過變壓器原邊的電流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(xù)通過電阻R1釋放能量。

3)t2-t3階段。t2時刻，UDS上升到Ui+Uf后，D2開始導通，變壓器原邊的能量耦合到副邊，并開始向負載傳輸能量。由于變換器為穩(wěn)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，繼續(xù)向Cds充電。直到t3時刻，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依然通過電阻R1釋放能量。由于t1-t3階段持續(xù)時間很短，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時刻，UDS 上升到Ui+UCV，D1開始導通，等效的反饋電壓源Uf與變壓器漏感串聯開始向鉗位電容C1充電，因此漏源電壓繼續(xù)緩慢上升(由于C1的容量通常比Cds大很多)，流過回路的電流開始下降，一直到t4時刻，變壓器原邊漏感電流ip下降到0，二極管D1關斷，開關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時刻，二極管D1已關斷，但由于開關管漏源寄生電容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開始諧振，其能量轉移等效電路如圖2(e)所示。諧振期間，開關管的漏源電壓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時刻諧振結束時，漏源電壓UDS穩(wěn)定在Ui+Uf。由于此階段二極管D1關斷，鉗位電容C1通過電阻R1放電，其電壓UC將下降。結合圖1和圖2進行分析可知：如果反饋電壓大于鉗位電容電壓，則在整個開關關斷期間，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，因而將產生巨大的損耗。

以上的分析是西安科技大學電氣與控制工程學院劉樹林教授于2010年發(fā)表在點擊工程學報上的一篇關于RCD鉗位電路的論文。

他的分析很詳細，也很直觀，也都是對的。是我在網絡上能找到的最好的