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反激開關(guān)電源波形詳細分析

發(fā)布時間:2018-12-07 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】在開關(guān)電源市場中,400W以下的電源大約占了市場的70-80%,而其中反激式電源又占大部分,幾乎常見的消費類產(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在開通和關(guān)斷瞬間寄生參數(shù)對波形的影響等。
 
一、兩種模式CCM和DCM
 
1、CCM(ConTInuousConducTIonMode),連續(xù)導(dǎo)通模式:在一個開關(guān)周期內(nèi),電感電流從不會到0?;蛘哒f電感從不“復(fù)位”,意味著在開關(guān)周期內(nèi)電感磁通從不回到0,功率管閉合時,線圈中還有電流流過。
 
2、DCM(DisconTInuousConducTIonMode),非連續(xù)導(dǎo)通模式:在開關(guān)周期內(nèi),電感電流總會會到0,意味著電感被適當(dāng)?shù)?ldquo;復(fù)位”,即功率開關(guān)閉合時,電感電流為零。
 
二、兩種模式在波形上的區(qū)別
 
1)變壓器初級電流,CCM模式是梯形波,而DCM模式是三角波。
 
2)次級整流管電流波形,CCM模式是梯形波,DCM模式是三角波。
 
3)MOS的Vds波形,CCM模式,在下一個周期開通前,Vds一直維持在Vin+Vf的平臺上。而DCM模式,在下一個周期開通前,Vds會從Vin+Vf這個平臺降下來發(fā)生阻尼振蕩。(Vf次級反射到原邊電壓)。
 
因此我們就可以很容易從波形上看出來反激電源是工作在CCM還是DCM狀態(tài)。
 
 
三、MOSFET在開通和關(guān)斷瞬間寄生參數(shù)對波形的影響
 
(1)DCM(Vds,Ip)
 
 
在MOS關(guān)斷的時候,Vds的波形顯示,MOS上的電壓遠超過Vin+Vf,這是因為,變壓器的初級有漏感。漏感的能量是不會通過磁芯耦合到次級的。那么MOS關(guān)斷過程中,漏感電流也是不能突變的。漏感的電流變化也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,這個感應(yīng)電動勢因為無法被次級耦合而箝位,電壓會沖的很高。那么為了避免MOS被電壓擊穿而損壞,所以我們在初級側(cè)加了一個RCD吸收緩沖電路,把漏感能量先儲存在電容里,然后通過R消耗掉。
 
當(dāng)次級電感電流降到了零。這意味著磁芯中的能量已經(jīng)完全釋放了。那么因為二管電流降到了零,二極管也就自動截止了,次級相當(dāng)于開路狀態(tài),輸出電壓不再反射回初級了。由于此時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)電容和初級電感發(fā)生諧振。諧振電流給MOS的結(jié)電容放電。Vds電壓開始下降,經(jīng)過1/4之一個諧振周期后又開始上升。由于RCD箝位電路以及其它寄生電阻的存在,這個振蕩是個阻尼振蕩,幅度越來越小。
 
f1比f2大很多(從波形上可以看出),這是由于漏感一般相對較小;同時由于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!(具體諧振時間可以通過等效模型求解:二次微分方程估算)
 
 
(2)CCM(Vds,IP)
 
 
(3)其他一些波形分析(次級輸出電壓Vs,Is,Vds)
 
 
不管是在CCM模式還是DCM模式,在mosfet開通on時刻,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RC來吸收,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時刻,變壓器副邊電流IS波形都有一些震蕩。主要原因是次級電感+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Vds的影響
 
 
在MOS關(guān)斷的時候,Vds的波形顯示,MOS上的電壓遠超過Vin+Vf!這是因為,變壓器的初級有漏感。漏感的能量是不會通過磁芯耦合到次級的。那么MOS關(guān)斷過程中,漏感電流也是不能突變的。漏感的電流變化也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,這個感應(yīng)電動勢因為無法被次級耦合而箝位,電壓會沖的很高。那么為了避免MOS被電壓擊穿而損壞,所以我們在初級側(cè)加了一個RCD吸收緩沖電路,把漏感能量先儲存在電容里,然后通過R消耗掉
 
(5)Vgs波形
 
 
為使mosfet在開通時間的上升沿比較陡,進而提高效率。在布線時驅(qū)動信號盡量通過雙線接到mosfet的G、S端,同時連接盡量短些。
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