钳位电路设计.pdf

一种有效的反激钳位电路设计方法 姜德来 张肖峰 吕征宇 0 引言 单端反激式开关电源具有结构简单、输入输出电气隔离、电压升／降范围 宽、易于多路输出、可靠性高、造价低等优点，广泛应用于小功率场合。然而， 由于漏感影响，反激变换器功率开关管关断时将引起电压尖峰，必须用钳位电路 加以抑制。由于RCD 钳位电路比有源钳位电路更简洁且易实现，因而在小功率 变换场合RCD 钳位更有实用价值。 1 漏感抑制 变压器的漏感是不可消除的，但可以通过合理的电路设计和绕制使之减小。 设计和绕制是否合理，对漏感的影响是很明显的。采用合理的方法，可将漏感控 制在初级电感的2 ％左右。 设计时应综合变压器磁芯的选择和初级匝数的确定，尽量使初级绕组可紧密 绕满磁芯骨架一层或多层。绕制时绕线要尽量分布得紧凑、均匀，这样线圈和磁 路空间上更接近垂直关系，耦合效果更好。初级和次级绕线也要尽量靠得紧密。 2 RCD 钳位电路参数设计 2.1 变压器等效模型 图 1 为实际变压器的等效电路，励磁电感同理想变压器并联，漏感同励磁 电感串联。励磁电感能量可通过理想变压器耦合到副边，而漏感因为不耦合，能 量不能传递到副边，如果不采取措施，漏感将通过寄生电容释放能量，引起电路 电压过冲和振荡，影响电路工作性能，还会引起EMI 问题，严重时会烧毁器件， 为抑制其影响，可在变压器初级并联无源RCD 钳位电路，其拓扑如图2 所示。 LK Vcc Vo C R LK Lm 理想变压器 GND’ 初 D 级 Lm 级 次 D S1 G S GND 图1 实际变压器等效模型 图2 RCD 钳位电路 2.2 钳位电路工作原理 引入RCD 钳位电路，目的是消耗漏感能量，但不能消耗主励磁电感能量， 否则会降低电路效率。要做到这点必须对RC 参数进行优化设计，下面分析其工 作原理： 当S1 关断时，漏感Lk 释能，D 导通，C 上电压瞬间充上去，然后D 截止， C 通过R 放电。 1)若C 值较大，C 上电压缓慢上升，副边反激过冲小，变压器能量不能迅速 传递到副边，见图3(a); 2)若C 值特别大，电压峰值小于副边反射电压，则钳位电容上电压将一直保 持在副边反射电压附近，即钳位电阻变为死负载，一直在消耗磁芯能量，见图 3(h); 3)若RC 值太小，C 上电压很快会降到副边反射电压，故在St 开通前，钳位 电阻只将成为反激变换器的死负载，消耗变压器的能量，降低效率，见图3(c) ： 4)如果RC 值取得比较合适，使到 S1 开通时，C 上电压放到接近副边反射 电压，到下次导通时，C 上能量恰好可