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反激開(kāi)關(guān)電源波形詳細(xì)分析

發(fā)布時(shí)間:2018-12-07 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】在開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)中,400W以下的電源大約占了市場(chǎng)的70-80%,而其中反激式電源又占大部分,幾乎常見(jiàn)的消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品全是反激式電源。以下將分析從波形判斷出反激電源的工作狀態(tài),以及MOSFET在開(kāi)通和關(guān)斷瞬間寄生參數(shù)對(duì)波形的影響等。
 
一、兩種模式CCM和DCM
 
1、CCM(ConTInuousConducTIonMode),連續(xù)導(dǎo)通模式:在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi),電感電流從不會(huì)到0?;蛘哒f(shuō)電感從不“復(fù)位”,意味著在開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電感磁通從不回到0,功率管閉合時(shí),線圈中還有電流流過(guò)。
 
2、DCM(DisconTInuousConducTIonMode),非連續(xù)導(dǎo)通模式:在開(kāi)關(guān)周期內(nèi),電感電流總會(huì)會(huì)到0,意味著電感被適當(dāng)?shù)?ldquo;復(fù)位”,即功率開(kāi)關(guān)閉合時(shí),電感電流為零。
 
二、兩種模式在波形上的區(qū)別
 
1)變壓器初級(jí)電流,CCM模式是梯形波,而DCM模式是三角波。
 
2)次級(jí)整流管電流波形,CCM模式是梯形波,DCM模式是三角波。
 
3)MOS的Vds波形,CCM模式,在下一個(gè)周期開(kāi)通前,Vds一直維持在Vin+Vf的平臺(tái)上。而DCM模式,在下一個(gè)周期開(kāi)通前,Vds會(huì)從Vin+Vf這個(gè)平臺(tái)降下來(lái)發(fā)生阻尼振蕩。(Vf次級(jí)反射到原邊電壓)。
 
因此我們就可以很容易從波形上看出來(lái)反激電源是工作在CCM還是DCM狀態(tài)。
 
 
三、MOSFET在開(kāi)通和關(guān)斷瞬間寄生參數(shù)對(duì)波形的影響
 
(1)DCM(Vds,Ip)
 
 
在MOS關(guān)斷的時(shí)候,Vds的波形顯示,MOS上的電壓遠(yuǎn)超過(guò)Vin+Vf,這是因?yàn)?,變壓器的初?jí)有漏感。漏感的能量是不會(huì)通過(guò)磁芯耦合到次級(jí)的。那么MOS關(guān)斷過(guò)程中,漏感電流也是不能突變的。漏感的電流變化也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因?yàn)闊o(wú)法被次級(jí)耦合而箝位,電壓會(huì)沖的很高。那么為了避免MOS被電壓擊穿而損壞,所以我們?cè)诔跫?jí)側(cè)加了一個(gè)RCD吸收緩沖電路,把漏感能量先儲(chǔ)存在電容里,然后通過(guò)R消耗掉。
 
當(dāng)次級(jí)電感電流降到了零。這意味著磁芯中的能量已經(jīng)完全釋放了。那么因?yàn)槎茈娏鹘档搅肆悖O管也就自動(dòng)截止了,次級(jí)相當(dāng)于開(kāi)路狀態(tài),輸出電壓不再反射回初級(jí)了。由于此時(shí)MOS的Vds電壓高于輸入電壓,所以在電壓差的作用下,MOS的結(jié)電容和初級(jí)電感發(fā)生諧振。諧振電流給MOS的結(jié)電容放電。Vds電壓開(kāi)始下降,經(jīng)過(guò)1/4之一個(gè)諧振周期后又開(kāi)始上升。由于RCD箝位電路以及其它寄生電阻的存在,這個(gè)振蕩是個(gè)阻尼振蕩,幅度越來(lái)越小。
 
f1比f(wàn)2大很多(從波形上可以看出),這是由于漏感一般相對(duì)較小;同時(shí)由于f1所在回路阻抗比較小,諧振電流較大,所以能夠很快消耗在等效電阻上,這也就是為什么f1所在回路很快就諧振結(jié)束的原因!(具體諧振時(shí)間可以通過(guò)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(次級(jí)輸出電壓Vs,Is,Vds)
 
 
不管是在CCM模式還是DCM模式,在mosfet開(kāi)通on時(shí)刻,變壓器副邊都有震蕩。主要原因是初次及之間的漏感+輸出肖特基(或快恢復(fù))結(jié)電容+輸出電容諧振引起,在CCM模式下與肖特基的反向恢復(fù)電流也一些關(guān)系。故一般在輸出肖特基上并聯(lián)-一個(gè)RC來(lái)吸收,使肖特基應(yīng)力減小。
 
 
不管是在CCM模式還是DCM模式,在mosfet關(guān)斷off時(shí)刻,變壓器副邊電流IS波形都有一些震蕩。主要原因是次級(jí)電感+肖特基接電容+輸出電容之間的諧振造成的。
 
(4)RCD吸收電路對(duì)Vds的影響
 
 
在MOS關(guān)斷的時(shí)候,Vds的波形顯示,MOS上的電壓遠(yuǎn)超過(guò)Vin+Vf!這是因?yàn)?,變壓器的初?jí)有漏感。漏感的能量是不會(huì)通過(guò)磁芯耦合到次級(jí)的。那么MOS關(guān)斷過(guò)程中,漏感電流也是不能突變的。漏感的電流變化也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因?yàn)闊o(wú)法被次級(jí)耦合而箝位,電壓會(huì)沖的很高。那么為了避免MOS被電壓擊穿而損壞,所以我們?cè)诔跫?jí)側(cè)加了一個(gè)RCD吸收緩沖電路,把漏感能量先儲(chǔ)存在電容里,然后通過(guò)R消耗掉
 
(5)Vgs波形
 
 
為使mosfet在開(kāi)通時(shí)間的上升沿比較陡,進(jìn)而提高效率。在布線時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)盡量通過(guò)雙線接到mosfet的G、S端,同時(shí)連接盡量短些。
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