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      反激開關電源波形詳細分析

      發布日期:2022-04-18 點擊率:1022

      【導讀】在開關電源市場中,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,以及MOSFET在開通和關斷瞬間寄生參數對波形的影響等。

       

      一、兩種模式CCM和DCM

       

      1、CCM(ConTInuousConducTIonMode),連續導通模式:在一個開關周期內,電感電流從不會到0。或者說電感從不“復位”,意味著在開關周期內電感磁通從不回到0,功率管閉合時,線圈中還有電流流過。

       

      2、DCM(DisconTInuousConducTIonMode),非連續導通模式:在開關周期內,電感電流總會會到0,意味著電感被適當地“復位”,即功率開關閉合時,電感電流為零。

       

      二、兩種模式在波形上的區別

       

      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。

       

       

      三、MOSFET在開通和關斷瞬間寄生參數對波形的影響

       

      (1)DCM(Vds,Ip)

       

       

      在MOS關斷的時候,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生感應電動勢,這個感應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。

       

      當次級電感電流降到了零。這意味著磁芯中的能量已經完全釋放了。那么因為二管電流降到了零,二極管也就自動截止了,次級相當于開路狀態,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的結電容和初級電感發生諧振。諧振電流給MOS的結電容放電。Vds電壓開始下降,經過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)結電容+輸出電容諧振引起,在CCM模式下與肖特基的反向恢復電流也一些關系。故一般在輸出肖特基上并聯-一個RC來吸收,使肖特基應力減小。

       

       

      不管是在CCM模式還是DCM模式,在mosfet關斷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生感應電動勢,這個感應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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