RCD箝位电路具有结构简单、体积小成本低无需驱动等优点,因而被广泛应用于中小型功率开关电源中。
在Bost电路中,开关管关断瞬间,电路中感性元件储存的电能释放会产生很大的尖峰电压,使得开关管承受很大的电压应力,甚至可能导致开关管损坏。
为了消除开关关断瞬间的尖峰电压保证开关管正常工作,很多学者进行了大量研究,得出了RCD箝位电路可以消除开关关断瞬间的尖峰电压,尤甚是在反激电路中可靠性很高。但是由于RCD箝位电路敏感性很高,需要合理的参数设计才能达到理想的缓冲效果。
本文以Boost变换器为例,分析RCD箝位电路工作原理,设计电路基本参数,结合实验验证设计方法的正确性。
电路原理与参数计算
功率管开关管箝位电路原理如图1所示,当开关管Q开通时,电容Cs两端压降为晶体管饱和压降,接近于零。开关管关断时,二极管将电阻Rs短路为电感电流iL提供放电通道,电容Cs迅速充电,开关管D、S两端电压被电容电压钳位,开关管减少的电流就是电容充电增加的电流iL。
如果电容Cs足够大,在开关管电流下降至零截止时,电容电压很低,晶体管关断损耗很小。当开关管再次开通时,D、S两端电压为零,电容通过限流电阻Rs开关放电到零,为下一次关断做准备。
实验结果与分析
没有RCD缓冲时,开关在关断瞬间D、S两端会出现尖峰电压,图3可见,尖峰高达170V左右,这样的过电压对开关管造成很大的冲击,尤其是在高频率、大功率、高输入电路中尤为严重。
为了抑制关断瞬间开关管D、S两端的尖峰电压,给其并联合理参数的RCD缓冲电路,结果如图4所示,发现开关关断瞬间D、S两端的电压过冲得到有效抑制。这是因为在开关关断瞬间,电感能量通过R向电容充电, D、S两端电压被电容电压箝位。
本设计构建的RCD缓冲电路结构简单,成本低,损耗小可以有效地抑制开关管关断瞬间的电压尖峰,保证开关管安全稳定工作,可以应用于中小功率开关电源中。
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