反激式開(kāi)關(guān)電源RCD吸收電路解析
在反激開(kāi)關(guān)電源中，當(dāng)MOS管關(guān)斷瞬間，變壓器初級(jí)繞組的漏感所儲(chǔ)存的能量無(wú)法順利傳遞至次級(jí)繞組，此時(shí)初級(jí)繞組的漏感與MOS管的寄生電容相互作用，產(chǎn)生諧振電壓波形。
該諧振電壓尖峰會(huì)與次級(jí)繞組反射電壓以及電源輸入電壓相互疊加，最終加載于MOS管的DS兩端。若疊加后的電壓超出MOS管的耐壓值，將直接導(dǎo)致MOS管損壞；即使未超過(guò)耐壓值，但若接近其最大耐壓值，也會(huì)對(duì)MOS管的使用壽命產(chǎn)生不利影響。基于此，RCD吸收電路應(yīng)運(yùn)而生，其核心作用在于有效抑制諧振電壓尖峰，確保MOS管耐壓具有至少20%的電壓余量，從而降低MOS管損壞風(fēng)險(xiǎn)并延長(zhǎng)其使用壽命。此外，RCD吸收電路還能抑制諧振電壓振蕩，對(duì)電磁干擾（EMI）的減小具有積極作用。
RCD吸收電路工作原理
在眾多用于吸收MOS管電壓尖峰的電路形式中，RCD吸收電路憑借其簡(jiǎn)單有效的特性，在開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。RCD吸收電路由二極管D、電阻R以及電容C這三個(gè)關(guān)鍵元件構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。
在分析其工作原理時(shí)，暫且忽略二極管D的正向?qū)▔航?。?dāng)MOS管關(guān)斷時(shí)，諧振電壓波形致使B點(diǎn)產(chǎn)生電壓尖峰，此時(shí)因初始時(shí)刻電容C兩端無(wú)電壓差，UB電壓高于UA電壓，UB便通過(guò)二極管D向電容C充電。本質(zhì)上，Uds電壓升高是由于初級(jí)繞組漏感瞬變電流產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，該電壓對(duì)MOS管的寄生電容Coss進(jìn)行充電，隨著寄生電容Coss兩端電荷的積累，電壓差逐漸增大。
當(dāng)二極管D導(dǎo)通時(shí)，鑒于電容C的電容值遠(yuǎn)大于MOS管的寄生電容，電容C能夠分擔(dān)大部分原本用于向寄生電容Coss充電的電流，從而有效減緩寄生電容Coss的充電過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)Uds電壓尖峰的抑制。與此同時(shí)，電阻R在電路中發(fā)揮著消耗初級(jí)繞組漏感所存儲(chǔ)能量的作用，促使諧振波形能夠迅速趨于平穩(wěn)。
在MOS管關(guān)斷期間，鉗位電容會(huì)快速充電至設(shè)定的鉗位電壓。當(dāng)諧振電壓尖峰低于鉗位電壓時(shí)（即諧振電壓UB波形開(kāi)始下降至低于UA電壓，并持續(xù)保持UB低于UA電壓直至UB逐漸回落至Uin+Ur），鉗位二極管截止，此時(shí)鉗位電容C通過(guò)鉗位電阻R將儲(chǔ)存的能量以熱能形式釋放。
需要特別注意的是，必須合理控制電阻R的放電速度，即電阻阻值不能選得過(guò)小，以確保鉗位電壓不會(huì)低于反射電壓。否則，當(dāng)UB大于UA時(shí)（此時(shí)UB=Uin+Ur，UA=Uin+Uclamp，而Uclamp受電阻放電影響呈逐漸減小趨勢(shì)），鉗位二極管會(huì)再次導(dǎo)通，導(dǎo)致鉗位電阻消耗本應(yīng)傳遞至次級(jí)繞組的能量，進(jìn)而降低電源效率。通過(guò)這種方式，在MOS管關(guān)斷時(shí)，RCD吸收電路能夠吸收初級(jí)繞組漏感在MOS管開(kāi)通時(shí)刻所存儲(chǔ)的能量，確保Uds不超過(guò)UA電壓。
為了避免上一周期鉗位電容C所存儲(chǔ)能量對(duì)下一個(gè)周期鉗位動(dòng)作產(chǎn)生干擾，必須保證在下一次MOS導(dǎo)通之前，電阻R已將鉗位電容C上的能量完全釋放。倘若電路中未配置電阻R，則每個(gè)周期漏感都會(huì)對(duì)電容C進(jìn)行充電，致使電容C兩端電壓持續(xù)攀升，最終可能導(dǎo)致MOS管或電容因承受過(guò)高電壓而損壞。通常情況下，要求MOS管開(kāi)關(guān)周期T滿(mǎn)足（2-4）×RC的關(guān)系。
下圖為開(kāi)關(guān)電源在增加RCD電路前后的MOS管Uds測(cè)試波形對(duì)比，左圖為未加RCD電路時(shí)的測(cè)試結(jié)果，右圖為添加RCD電路后的測(cè)試結(jié)果：
紅：MOS管Uds電壓，藍(lán)：MOS管耐壓Udsmax。
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