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认识反激中的RCD吸收电路分析
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2017-11-10
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反激式开关电源结构简单，应用广泛，但其变压器漏感大，开关管存在电压尖峰，在大部分低功率应用场合都会采用简单易实现的RCD钳位电路来减缓电压尖峰，这里将简单介绍RCD电路的工作原理以及如何确定钳位电路中的参数。
单端反激式开关电源具有结构简单，输入输出电气隔离，输入电压范围宽，易于实现多路输出，可靠性高，成本低等优点而广泛应用于中小功率场合。但由于反激变压器漏感影响，其功率开关管在关断时将引起电压尖峰，必须用钳位电路加以抑制，因此RCD钳位电路以其简洁易实现多用于小功率场合。图 1和图 2分别为反激电路中的RCD钳位电路和电容C两端的电压波形。
图 1反激中的 RCD钳位电路
图 2 电容两端波形
1.漏感的抑制
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。
励磁电感LM同理想变压器并联，漏感LK同励磁电感串联，变压器中漏感能量不能传递到副边，若不采取措施，漏感将通过寄生电容释放能量，引起电压过冲和振荡，引起EMI。为抑制其影响，可在变压器初级并联RCD钳位电路。
2.钳位电路的工作原理
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，因此在电路设计调试过程中要选择恰当的R及C的值，以使其刚好消耗掉漏感能量。下面将分析其工作原理。
当开关管Q关断时，变压器初级线圈电压反向，同时漏感LK释放能量直接对C进行充电，电容C电压迅速上升，二极管D截止后C通过R进行放电
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；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，即钳位电阻变为负载，一直在消耗磁芯能量，此时电容两端波形如图 3 （a）所示。
图 3 电容两端波形
若RC过小，则电容C充电较快，且C将通过电阻R很快放电，整个过程中漏感能量消耗很快，在Q开通前钳位电阻则成为变压器的负载，消耗变压器存储的能量，降低效率，电容C两端波形如图 3（b）所示。
若RC值取值比较合适，到开关管Q再次开通时，电容C上电压刚好放到接近于变压器副边反射的电压，此时钳位效果较好，电容C两端波形如图 3 （c）所示。
3.总结
开关管漏极上的电压由三部分组成：电源电压，反激感应电压，漏感冲击电压。 吸收电路，一定要让他只吸收漏感冲击电压，而不要对另外电压起作用，那样不仅会增大吸收电阻的负担，还会降低开关电源的效率。
单端反激式开关电源具有结构简单，输入输出电气隔离，输入电压范围宽，易于实现多路输出，可靠性高，成本低等优点而广泛应用于中小功率场合。但由于反激变压器漏感影响，其功率开关管在关断时将引起电压尖峰，必须用钳位电路加以抑制，因此RCD钳位电路以其简洁易实现多用于小功率场合。图 1和图 2分别为反激电路中的RCD钳位电路和电容C两端的电压波形。
图 1反激中的 RCD钳位电路
图 2 电容两端波形
1.漏感的抑制
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。
励磁电感LM同理想变压器并联，漏感LK同励磁电感串联，变压器中漏感能量不能传递到副边，若不采取措施，漏感将通过寄生电容释放能量，引起电压过冲和振荡，引起EMI。为抑制其影响，可在变压器初级并联RCD钳位电路。
2.钳位电路的工作原理
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，因此在电路设计调试过程中要选择恰当的R及C的值，以使其刚好消耗掉漏感能量。下面将分析其工作原理。
当开关管Q关断时，变压器初级线圈电压反向，同时漏感LK释放能量直接对C进行充电，电容C电压迅速上升，二极管D截止后C通过R进行放电
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；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，即钳位电阻变为负载，一直在消耗磁芯能量，此时电容两端波形如图 3 （a）所示。
图 3 电容两端波形
若RC过小，则电容C充电较快，且C将通过电阻R很快放电，整个过程中漏感能量消耗很快，在Q开通前钳位电阻则成为变压器的负载，消耗变压器存储的能量，降低效率，电容C两端波形如图 3（b）所示。
若RC值取值比较合适，到开关管Q再次开通时，电容C上电压刚好放到接近于变压器副边反射的电压，此时钳位效果较好，电容C两端波形如图 3 （c）所示。
3.总结
开关管漏极上的电压由三部分组成：电源电压，反激感应电压，漏感冲击电压。 吸收电路，一定要让他只吸收漏感冲击电压，而不要对另外电压起作用，那样不仅会增大吸收电阻的负担，还会降低开关电源的效率。
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