DCDC中的磁復(fù)位電路與箝位電路分析

1、DC/DC中的磁復(fù)位電路與箝位電路分析一、磁復(fù)位電路的設(shè)計正激式DC/DC變換器或者正激式開關(guān)電源，需要在開關(guān)功率管截止期間將高頻 變壓器復(fù)位，以防止變壓器磁芯飽和，因此，一般需要增加磁復(fù)位電路(亦稱變壓器復(fù) 位電路)。圖一示岀單端降壓式同步整流器常用的3種磁復(fù)位電路：輔助繞組復(fù)位電路，R，C，VDZ箝位電路，有源箝位電路。 3種磁復(fù)位的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：輔助繞組復(fù)位法會 使變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜化；R，C，VDZ箝位法屬于無源箝位，其優(yōu)點(diǎn)是磁復(fù)位電路簡單， 能吸收由高頻變壓器漏感而產(chǎn)生的尖峰電壓，但箝位電路本身也要消耗磁場能量；有源 箝位法在上述3種方法中的效率最高，但提高了電路的成本。C(a)輔助繞

2、組復(fù)位電路(b) R、C、VDZ箝位電路 (c)有源箝位電路圖一單端降壓式同步整流器常用的三種磁復(fù)位電路磁復(fù)位要求漏極電壓要高于輸入電壓，但要避免在磁復(fù)位過程中使DPA - Switch的漏極電壓超過規(guī)定值，為此，可在次級整流管兩端并聯(lián)一個RS、CS網(wǎng)絡(luò)，電路圖二所示。該電路可使高頻變壓器在每個開關(guān)周期后的能量迅速恢復(fù)到一個安全值，保證 UD>UI。當(dāng)DPA Switch關(guān)斷時，磁感應(yīng)電流就通過變壓器的次級繞組流出，利用電容CS使磁感應(yīng)電流減至零。CS的電容量必須足夠小，才能在最短的關(guān)斷時間內(nèi)將磁感應(yīng)電流衰減到零；但 CS的電容量也不能太小，以免漏極電壓超過穩(wěn)壓管的箝位電壓。電 阻RS的

3、電阻值應(yīng)在1 5Q之間，電阻值過小會與內(nèi)部寄生電感形成自激振蕩。上述磁 復(fù)位電路適用于40W以下的開關(guān)電源。圖二 并聯(lián)RS、CS網(wǎng)絡(luò)的磁復(fù)位電路、磁復(fù)位電路的校驗(yàn)當(dāng)輸入電壓為最小值或最大值時，要求磁復(fù)位電路都能按可控制的范圍將高頻變壓器準(zhǔn)確地復(fù)位。檢查磁復(fù)位情況的最好辦法是觀察 DPA Switch的漏極電壓波形。以圖 3所示的磁復(fù)位電路為例，當(dāng)輸入電壓依次為 72V、48V和36V時，用示波器觀察到 3 種磁復(fù)位波形分別如圖三所示。(a) Uin=72V(b) Uin=48V(c) UIN=36V圖三3種磁復(fù)位波形圖三（a）給出了當(dāng)輸入電壓為 72V時的漏極電壓波形。在輸出整流管上并聯(lián) 2.

4、2nF 的復(fù)位電容，可滿足滿載情況下的需要。初級繞組上的箝位電容取 47pF。圖中的T表示開關(guān)周期，D為占空比，tON=DT為DPA -Switch的導(dǎo)通時間。在tON時間段，高頻 變壓器的正向磁通量增大，漏極電壓達(dá)到最小值。在tRZ時間段高頻變壓器被復(fù)位，儲存在高頻變壓器中的全部能量接近于零，漏極電壓達(dá)到最大值。在tRN時間段，高頻變壓器的負(fù)向磁通量增大，此時復(fù)位電容和箝位電容向變壓器電感放電。在tVO時間段內(nèi)磁通量保持為負(fù)值，此時高頻變壓器初級繞組的電壓為零，這是因?yàn)槁O電壓與輸入電 壓大小相等（都是72V ）而極性相反，互相抵消了。在tVO時間段，負(fù)向磁感應(yīng)電流通過次級繞組。圖三（b）給

5、出了當(dāng)直流輸入電壓為 48V時的漏極電壓波形。隨著輸入電壓的降低,占空比開始增大。 在 tRZ 及 tRN 時間段內(nèi)的情況與輸入電壓為 72V 時的情況相同， 但在 tVO 時間段高頻變壓器中的能量接近于零。圖三（c）給出了當(dāng)輸入電壓為 36V時占空比進(jìn)一步增大的情況。由于漏極電乖趖RZ 階段達(dá)到峰值，所以高頻變壓器的磁通量已復(fù)位到零。當(dāng)DPA Switch 開啟時它的漏極電壓在負(fù)向磁通區(qū)域內(nèi)。 在正常工作情況下漏極電壓的峰值應(yīng)低于 150V 。這個漏極 峰值電壓是由漏感和電感復(fù)位時所提供的。三、箝位電路當(dāng)功率 MOSFET 由導(dǎo)通變成截止時，在開關(guān)電源的一次繞組上就會產(chǎn)生尖峰電壓 和感應(yīng)電壓

6、。其中的尖峰電壓是由高頻變壓器漏感（即漏磁產(chǎn)生的自感）而形成的，它 與直流高壓 UI 和感應(yīng)電壓 UOR 疊加后很容易損壞 MOSFET 。為此，必須增加箝位保護(hù) 電路，對尖峰電壓進(jìn)行箝位或吸收。箝位電路分無源箝位、有源箝位兩種。無源箝位電路主要有以下4 種設(shè)計方案：1）利用瞬態(tài)電壓抑制器（ TVS ）和超快恢復(fù)二極管（ SRD ）組成的箝位電路；2） 利用阻容元件和超快恢復(fù)二極管組成的R、C、SRD 箝位電路；3 ）由阻容元件構(gòu)成 RC 吸收電路；4）由幾只高壓穩(wěn)壓管串聯(lián)而成的箝位電路，專門對漏源電壓uDS 進(jìn)行箝位。上述方案中以1）的保護(hù)效果最佳，能充分發(fā)揮TVS響應(yīng)速度極快、可承受瞬態(tài)高能量脈沖之優(yōu)點(diǎn)，方案2）次之。鑒于壓敏電阻器（VSR）的標(biāo)稱擊穿電壓值（U1mA）離散性較大，響應(yīng)速度也比TVS慢很多，在開關(guān)電源中一般不用它構(gòu)成漏極箝位保護(hù)電路。有源箝位DC/DC變換器的電路如圖四所示。圖四 有源鉗位DC /DC變換器的電路因電路中使用了有源器件 MOSFET （V4 ）做箝位管，故稱之為有源箝位電路。 CC 為箝位電容，V3為主功率開關(guān)管。由圖5可知，當(dāng)V4導(dǎo)通時因