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Flyback反激变换器RCD吸收电路计算

反激变换器需要使用RCD吸收电路RSn、CSn和DSn,钳位VDS的尖峰电压值不超过功率MOSFET管的最大额定值,同时具有一定裕量。开关电压波形VDS中,n·Vo为次级输出电压反射到初级的电压,VC为电容CSn的直流电压,也就是钳位电压。

图1  反激变换器RCD吸收电路

图2  反激变换器VDS波形

功率MOSFET管关断后,VDS电压从0开始上升;当其上升到Vin+VC时,吸收电路的二极管DSn导通,VC电压反向加在初级绕组的漏感Llk二端,漏感Llk去磁,电流从最大值Ipk下降。

图3  吸收电路工作波形

当漏感Llk的电流从最大值Ipk降低到0时,二极管DSn自然关断,二极管DSn导通持续的实际为tSn,Ipk等于初级的最大电流。

tSn、Ipk等分别为:

二极管DSn导通时,电容CSn才能够充电,因此,电容CSn充电的平均电流等于二极管DSn平均电流:

其中,QSn电容CSn充电电荷。由吸收电路工作波形,电容CSn充电电流和时间t(水平X轴)组成的三角形面积即为QSn,代入tSn得到QSn

电容CSn充电的平均电流为:

相对于开关周期,tSn时间非常小,电容CSn放电的平均电流为:

根据电容电荷平衡的原理,在每个开关周期,充电电荷和放电电荷必须相等,充电电流的平均值和放电电流的平均值必须相等,可以得到:

解得电阻RSn为:

电阻RSn功率损耗为:

设计反激变换器时,fS和Vo已知,计算确定了n、Llk和Ipk后,只要设定VC的值,就可以得到RSn的值。

根据系统最大直流电压Vin(Max)和选取的功率MOSFET管的最大额定电压BVDSS以及要求的电压裕量Vmargin,来设定VC的电压值。例如,如果Vin(Max)为400V(最大285VAC),功率MOSFET管的最大额定电压BVDSS为650V,电压裕量Vmargin为最大额定电压BVDSS的15%,97.5V,取100V,那么,VC为:

VC取得越大,VDS尖峰电压越高,电压裕量越小,功率损耗越小;VC取得越小,VDS尖峰电压越小,电压裕量越大,功率损耗越大。

电容CSn放电时,有:

电容CSn的电压纹波范围为1-5%,如果取3%,则有:

总结:

1设定钳位电压VC的值后,即可求出电阻RSn

2设定电容CSn的电压纹波值,即可求出电容CSn的值。

3、参数选择要对最大尖峰电压和功率损耗进行折衷设计。