开关电源的钳位电路讲解

开关电源的钳位电路讲解

在开关电源设计中，钳位电路是一个非常重要的组成部分，特别是在反激电源中。本文将详细介绍反激电源中常用的RCD钳位电路的工作原理、设计要点和参数选择方法。

一、RCD钳位电路的作用

如图所示的电路是反激电源中的钳位电路，采用RCD钳位方式。这种电路在开关电源中非常常见，可以说市面上大部分反激电源都采用了这种电路设计。其主要目的是吸收反激变压器漏感的能量，限制MOS功率管的最大反向峰值电压。

二、为什么需要设计RCD吸收电路

在设计RCD吸收电路之前，我们需要清楚为什么需要设计这一电路，其目的又是什么。对于反激变压器，我们知道它是有漏感存在的。

首先需要知道什么是漏感。我们知道变压器主要是由初级线圈、次级线圈与磁芯组合而成，它是利用电磁感应的原理来改变交流电压的一种元器件。理想的变压器是没有损耗的，并且没有漏磁通，但是实际中的电感是有损耗与漏磁通的。初级线圈所产生的磁通不能都通过次级线圈，产生漏磁的电感就是漏感。也就是说，在漏感中的能量是不能传递到副边的，这一部分能量只能在原边，不能传递到副边的这些能量我们需要处理，可以通过一些电路来吸收掉，或是返回到输入母线上去。这就有人会设计所谓的无损吸收，但是在实际应用中比较复杂并且EMI不好。所以大多数都是用RCD损耗掉了。

我们设计RCD的目的就是把漏感能量吸收掉，但是不能把主回路的能量损耗掉，否则会影响整机的效率。要做到这点必须对RC参数进行优化设计。

三、RCD吸收电路的工作过程分析

我们来分析下RCD吸收的整个过程：

当MOS管开通的时候，电感电流上升到Ip时MOS管关断，漏感上的能量不能传到副边，这时候只能通过D6给C3充电，把所有的能量都充到C3上。当C3比较小的时候，那么C3上的电压Vc就上升的比较高，这时候为了MOS管的应力，我们可能会加大C3的容量，具体可以通过测试实际的波形来判断。但是，我们不希望电容太大，如太大会导致关断的时候C3上的电压Vc小于反射电压Vr，导致副边反射过来的电压Vr一直在给RCD充电，导致整机效率低。电容的选择我们需要刚好适合我们MOS管的Vds电压。我们的电阻的选择也不能太小了或太大，如果太小了会导致Q1没有开通前C3上的电压已经掉到了反射电压Vr了，这时候反射电压Vr又会对RCD充电损耗输出的能量。电阻值太大会导致我们在开机与短路的时候会出现MOS管电压应力超。如图上的C3上的电压波形3一样，就是关断的时候电压上升到Vr以上。当MOS管的开通的时候C3电容上的电压没有下降到Vr，并且当下次开通的时候C3上的电压还没有掉到0V。这是我们的最佳选择。

四、钳位电路上的电阻与电容的选择

VDS是MOS管的额定电压，为了留有余量，我们一般都是取MOS管的额定电压的0.9倍。Vc是RCD上C的电压。Vin-max是输入的最大电压。Vc=0.9VDS-Vin-max。f为开关频率。Ip是我原边的峰值电流。漏感上的能量都被电容吸收，然后都损耗到电阻R1上。电阻上损失的功率Pr=Vc^2/R1，实际的电阻需要取2倍的Pr。漏感中转过来的能量WR=Wlr1+Wlr*Vr/（Vc-Vr）。

总结

RCD钳位电路在开关电源设计中起着至关重要的作用，它不仅能够有效吸收漏感能量，保护MOS管，还能优化整机效率。在设计时需要综合考虑电路的损耗和MOS管的电压应力，合理选择RC参数。通过本文的介绍，相信读者对RCD钳位电路有了更深入的理解。