反激变换器电流尖峰分析

描述

最近分析下反激电流波形存在尖峰原因,并将相应分析过程记录如下,欢迎大家讨论。

反激变换器虽然说是只有两个模态,但是在考虑分布参数和器件特性的时候,就有四个模态咯。

现象: 原边电流波形存在一个正向尖峰和一个震荡波形。(注意:该震荡对应着开关管关断电压的震荡)

变换器

下图为反激变换器CCM模式,原副边电流尖峰,可以明显看到,副边电流尖峰是由于二极管反向恢复过程产生的。DCM模式下,副边电流提前为零,则不存在二极管反向恢复过程引起的反向尖峰电流。

变换器

画出反激变换器含分布参数的等效电路图,如下图所示。

变换器

Cp:变压器原边等效电容

Cps:原副边绕组分布电容

Cds:开关管漏源之间寄生电容

Lo:PCB寄生电感

Lk:变压器漏感

Lm:变压器激磁电感

1、当开关管处于截止状态时

变换器

CCM:激磁电感Lm通过变压器向负载供电

副边二极管处于导通状态

变压器原边绕组电容Cp的电压为副边反射电压(n*Uo)电压极性为上负下正

开关管漏源寄生电容Cds的电压为Ui+n*Uo

DCM:激磁电感Lm向负载放电提前结束

Lm,Lk,Cds,Cp发生谐振

2、当开关管从截止向导通状态转化时(第一个正向尖峰电流产生原因)

二极管正向导通时:部分电子和空穴未被抵消,N区存储了空穴,P区存储了电子。正向电流越大,存储的空穴或者电子数量就越多。这叫做电荷存储效应。

二极管突然施加反压时:N区空穴回到P区,P区电子回到N区,形成反向恢复电流。[3]

变换器

变换器

变换器

下图为原边尖峰电流回路及来源:

副边二极管从导通向截止状态转变,产生反向恢复电流,该电流通过变压器,耦合到原边。

变换器

在上一个状态,Cp的电压等效为电压源,当开关导通时,Cp电压不能突变,Cp与Lo发生谐振。

变换器

在上一个状态,Cds的电压等效为电压源,当开关导通时,Cds电压不能突变,Cds向开关管放电。

变换器

3、当开关管处于导通状态时

变换器

此时,Cp上的电压为Uo,Cds上的电压为0。

4、当开关管从导通向截止状态转化时(关断电流震荡产生原因)

Lk与Cds,Cp,Cps(变压器绕组间的寄生电容),二次侧二极管二极管上的RC吸收网络的电容反射到一次侧的等效寄生电容,PCB布局走线和散热器中寄生电容等其他寄生电容发生谐振[1]。Lk在与C谐振之前,电路的寄生电感Lo先与C发生谐振,接着Lk再参与谐振[2]。

此时,开关管上会产生很严重的电压尖峰,并伴随着震荡。

DCM模式下,在后面Lm,Lk会一起参与谐振。

变换器

5、开关管完全导通上升时间

在同一变换器参数情况下,开关管开通时间越长,则第二模态持续时间越长,放电产生尖峰电流越大。

变换器

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