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如何控制原边振铃

发布时间:2022-02-07 责任编辑:wenwei

【导读】反激电源是最常用的拓扑之一。其变压器漏感常会引起原边振铃,并导致会损坏 MOSFET 的电压尖峰。因此,通过变压器和MOSFET 组件的合理设计来控制振铃非常重要。针对如何降低漏感,MPS 引入了一种 RCD 钳位电路设计策略,下面我们将对此进行详细地描述。

 

RCD 钳位电路设计

 

在反激电路中,一旦 MOSFET 管关断,变压器就会将原边的能量传输到副边,但漏感能量却无法被转移,这会导致电路中的杂散电容产生振铃。漏感是产生振铃的根本原因,它占总电感量的 1% 至 5%,但却无法完全消除。不过,我们可以通过特殊的绕线方法来降低漏感。

 

图 1 显示的三明治绕线法(夹心绕线法)是降低漏感的一种传统方法。与制作三明治的过程类似,原边绕组(NP)被一分为二,然后将副边绕组(NS)依次缠绕在一半的NP、辅助绕组和剩下的一半NP上。


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图 1:降低漏感的夹心绕线法


图2显示了MOSFET关断后的逆变电路,此时MOSFET两端的电压由三部分组成:最大输入电压(VINMAX)、副边折射电压(VOR = n x VO)和振铃产生的峰值电压(VSPIKE)。 在输入输出电压、匝数比(n)和MOSFET选定的情况下,应尽可能抑制VSPIKE,以确保MOSFET工作在应力范围之内。工程师通常会选择 RCD 钳位电路来抑制振铃,因为它设计简单、成本低廉并且能够有效抑制电压尖峰。

 

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图 2:抑制峰值电压以确保 MOS 工作在应力范围之内


正确选择 RCD 钳位电路至关重要,因为不理想的电阻和电容值会增加 MOSFET 的应力或电路功耗。 图 3 显示出,当 MOSFET 导通时,能量存储在励磁电感 (LM) 和漏电感 (LS) 中;当 MOSFET 关断时,LM 中的能量被转移到副边,但漏感能量不会转移。漏感会被释放以导通D1,并为 C1充电。一旦充电电压达到 VCLAMP,则D1 关断,C1 通过R1放电。

 

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图 3:MOSFET 导通/关断时的能量传输


选择R1 时,需要考虑电阻功率 1/3的降额。根据能量守恒原理,R1 可由公式(1)计算得出:

 

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钳位电容 (C1) 应足够大,以便在吸收漏感能量的同时实现低脉动电压。脉动电压通常取钳位电压的 5% 至10% 。要确定 C1的最小值,需要考虑其寄生 R 和 L 较小。最小C1可以通过公式 (2) 来计算:


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MPS解决方案

 

MPS 提供了优秀的电源解决方案以优化原边调节 (PSR)。MPX2002 是一款一体化反激控制器,它具有集成的原边驱动电路、副边控制器、同步整流驱动器以及安全合规反馈。其同步整流器 (SR)可以匹配原边 MOSFET 驱动信号,从而实现连续导通模式 (CCM) 下的安全运行。MPX2002 无需辅助绕组来驱动下管 SR MOSFET,即使在输出不足的情况下也是如此。这种方案改进了图 1 中的传统三明治绕线法。

 

MP8017是一款兼容IEEE 802.3af 标准的以太网供电 (PoE) 受电设备 (PD)。它专为反激拓扑中的有源钳位原边调节(PSR)而设计;也可以通过在副边放置一个光耦合器,针对有源钳位反激拓扑设置为副边调节 (SSR)。

 

结论

 

RCD电路设计可以作为一种简单有效的抑制方法来控制反激原边振铃。通过审慎选择电阻和电容,钳位电路可以更好地吸收漏感能量。另外,RCD钳位电路不消耗主励磁电感能量,而且可以降低峰值电压和功率器件的开关应力。


来源:MPS



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