开关电源中的钳位电路图介绍

beanxyy 发表于 2018-01-20 09:49:12 收藏 已收藏
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开关电源中的钳位电路图介绍

beanxyy 发表于 2018-01-20 09:49:12

本文为大家详细介绍开关电源中的钳位电路。

开关电源中的钳位电路

采用由瞬态电压抑制器TVS(P6KE200,亦称钳位二极管)、阻容吸收元件(钳位电容C和钳位电阻R 1)、阻尼电阻(R 2)和阻塞二极管(快恢复二极管FR106)构成的VDZ、R、C、VD型漏极钳位保护电路,如下图所示。

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最典型的一种漏极钳位保护电路

设计要点及步骤

(1)选择钳位二极管。

采用P6KE200型瞬态电压抑制器(TVS),钳位电压UB=200V。

(2)确定钳位电压的最大值UQ(max)。

令一次侧感应电压(亦称二次侧反射电压)为UOR ,要求:

1.5U OR≤U Q(max)≤200V

实际可取U Q(max)=U B=200V.

(3)计算最大允许漏极电压U D(max)

为安全起见,U D ( max)至少应比漏-源极击穿电压7 00V留出5 0V的余量。这其中还考虑到P6KE200具有0.108%/℃的温度系数,当环境温度T A=25℃时,U B=200V;当T A=100℃时,UB=200V×[(1+0.108)%/℃]×100℃=221.6V,可升高21.6V。

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(4)计算钳位电路的纹波电压。

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(5)确定钳位电压的最小值U Q(min)

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(6)计算钳位电路的平均电压。

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(7)计算在一次侧漏感上存储的能量E L0

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(8)计算被钳位电路吸收的能量EQ

当1.5W≤P O≤50W时,E Q=0.8E L0=0.8×27.2μJ=21.8μJ

注意:当P O>50W时,E Q=E L0=27.2μJ.当P O<1.5W时,不要求使用钳位电路。

(9)计算钳位电阻R1

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(10)计算钳位电容C

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(11)选择钳位电容和钳位电阻。

令由R 1、C确定的时间常数为τ:

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将U Q(max) =U B、U Q(min) =90%U B、UQ=0.95UB和f=132kHz一并代入上式,化简后得到:

τ=R 1C =9.47/f=9.47T (μs)

这表明R 1、C 的时间常数与开关周期有关,在数值上它就等于开关周期的9 。 4 7倍。当f=132kHz时,开关周期T =7.5μs,τ=9.47×7.5μs=71.0μs.

实取钳位电阻R 1=1 5 kΩ,钳位电容C =4.7nF.此时τ=70.5μs.

当钳位保护电路工作时,R 1上的功耗为:

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考虑到钳位保护电路仅在功率开关管关断所对应的半个周期内工作,R 1的实际功耗大约为1.2W(假定占空比为50%),因此可选用额定功率为2W的电阻。

令一次侧直流高压为U I(max)。钳位电容的耐压值U C>1.5U Q(max) +U I(max)=1.5×200V+265V×=674V.实际耐压值取1kV.

(12)选择阻塞二极管VD

要求反向耐压U BR≥1.5U Q(max) =300V

采用快恢复二极管FR106(1A/800V,正向峰值电流可达30A)。要求其正向峰值电流远大于I P(这里为30A>1.65A)。

说明:这里采用快恢复二极管而不使用超快恢复二极管,目的是配合阻尼电阻R 2,将部分漏感能量传输到二次侧,以提高电源效率。

(13)计算阻尼电阻R 2.

有时为了提高开关电源的效率,还在阻塞二极管上面串联一只低阻值的阻尼电阻R 2.在R 2与漏极分布电容的共同作用下,可使漏感所产生尖峰电压的起始部分保留下来并产生衰减振荡,而不被RC电路吸收掉。通常将这种衰减振荡的电压称作振铃电压,由于振铃电压就叠加在感应电压U OR上,因此可被高频变压器传输到二次侧。

阻尼电阻应满足以下条件:

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即:

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实取20Ω/2W的电阻。

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