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反激开关电源波形详细分析

发布时间:2018-12-07 责任编辑:xueqi

【导读】在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市场的70-80%,而其中反激式电源又占大部分,几乎常见的消费类产品全是反激式电源。以下将分析从波形判断出反激电源的工作状态,以及MOSFET在开通和关断瞬间寄生参数对波形的影响等。
 
一、两种模式CCM和DCM
 
1、CCM(ConTInuousConducTIonMode),连续导通模式:在一个开关周期内,电感电流从不会到0。或者说电感从不“复位”,意味着在开关周期内电感磁通从不回到0,功率管闭合时,线圈中还有电流流过。
 
2、DCM(DisconTInuousConducTIonMode),非连续导通模式:在开关周期内,电感电流总会会到0,意味着电感被适当地“复位”,即功率开关闭合时,电感电流为零。
 
二、两种模式在波形上的区别
 
1)变压器初级电流,CCM模式是梯形波,而DCM模式是三角波。
 
2)次级整流管电流波形,CCM模式是梯形波,DCM模式是三角波。
 
3)MOS的Vds波形,CCM模式,在下一个周期开通前,Vds一直维持在Vin+Vf的平台上。而DCM模式,在下一个周期开通前,Vds会从Vin+Vf这个平台降下来发生阻尼振荡。(Vf次级反射到原边电压)。
 
因此我们就可以很容易从波形上看出来反激电源是工作在CCM还是DCM状态。
 
 
三、MOSFET在开通和关断瞬间寄生参数对波形的影响
 
(1)DCM(Vds,Ip)
 
 
在MOS关断的时候,Vds的波形显示,MOS上的电压远超过Vin+Vf,这是因为,变压器的初级有漏感。漏感的能量是不会通过磁芯耦合到次级的。那么MOS关断过程中,漏感电流也是不能突变的。漏感的电流变化也会产生感应电动势,这个感应电动势因为无法被次级耦合而箝位,电压会冲的很高。那么为了避免MOS被电压击穿而损坏,所以我们在初级侧加了一个RCD吸收缓冲电路,把漏感能量先储存在电容里,然后通过R消耗掉。
 
当次级电感电流降到了零。这意味着磁芯中的能量已经完全释放了。那么因为二管电流降到了零,二极管也就自动截止了,次级相当于开路状态,输出电压不再反射回初级了。由于此时MOS的Vds电压高于输入电压,所以在电压差的作用下,MOS的结电容和初级电感发生谐振。谐振电流给MOS的结电容放电。Vds电压开始下降,经过1/4之一个谐振周期后又开始上升。由于RCD箝位电路以及其它寄生电阻的存在,这个振荡是个阻尼振荡,幅度越来越小。
 
f1比f2大很多(从波形上可以看出),这是由于漏感一般相对较小;同时由于f1所在回路阻抗比较小,谐振电流较大,所以能够很快消耗在等效电阻上,这也就是为什么f1所在回路很快就谐振结束的原因!(具体谐振时间可以通过等效模型求解:二次微分方程估算)
 
 
(2)CCM(Vds,IP)
 
 
(3)其他一些波形分析(次级输出电压Vs,Is,Vds)
 
 
不管是在CCM模式还是DCM模式,在mosfet开通on时刻,变压器副边都有震荡。主要原因是初次及之间的漏感+输出肖特基(或快恢复)结电容+输出电容谐振引起,在CCM模式下与肖特基的反向恢复电流也一些关系。故一般在输出肖特基上并联-一个RC来吸收,使肖特基应力减小。
 
 
不管是在CCM模式还是DCM模式,在mosfet关断off时刻,变压器副边电流IS波形都有一些震荡。主要原因是次级电感+肖特基接电容+输出电容之间的谐振造成的。
 
(4)RCD吸收电路对Vds的影响
 
 
在MOS关断的时候,Vds的波形显示,MOS上的电压远超过Vin+Vf!这是因为,变压器的初级有漏感。漏感的能量是不会通过磁芯耦合到次级的。那么MOS关断过程中,漏感电流也是不能突变的。漏感的电流变化也会产生感应电动势,这个感应电动势因为无法被次级耦合而箝位,电压会冲的很高。那么为了避免MOS被电压击穿而损坏,所以我们在初级侧加了一个RCD吸收缓冲电路,把漏感能量先储存在电容里,然后通过R消耗掉
 
(5)Vgs波形
 
 
为使mosfet在开通时间的上升沿比较陡,进而提高效率。在布线时驱动信号尽量通过双线接到mosfet的G、S端,同时连接尽量短些。
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