基于反激变换器的漏感能量回收方法
反激变换器的漏感影响分析及钳位电路参数设计
工艺·技术·应用反激变换器的漏感影响分析及钳位电路参数设计于挽涛，冯则坤(华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉 430074)摘 要：反激变换器中，开关管关断时漏感瞬时续流产生电压尖峰，对开关器件会有较大影响，通常使用RCD箝位电路来吸收该尖峰。
在对变压器T型模型的分析基础上，通过理论分析，揭示出除了原边漏感之外，副边漏感会同时影响到开关管漏源电压的大小，进而影响RCD箝位电路能量的吸收，并提出了一种新的RCD 参数计算思路。
通过仿真与实验，验证了该设计的正确性与有效性。
关键词：反激变换器；RCD箝位；漏感；参数设计中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1001-3830(2016)06-0037-05 Parameters design and influence analysis of the leakageinductance in RCD clamping flyback convertersYU Wan-tao, FENG Ze-kunSchool of Optical and Electronic Information, Huazhong Universityof Science and Technology, Wuhan 430074, ChinaAbstract: In flyback converter, a voltage spike is generated by the follow current of the leakage inductance when the power switch is cut off, which has influence on the switch devicws . The RCD clamp circuit is used to absorb this spike to protect the power switch from overvoltage breakdown. Based on the T-type model of the transformer, theoretical analysis is given to reveal that both the first and the second side leakage inductance affect the drain-source voltage(DSU) and the absorbing of the RCD clamp circuit. And a new method is proposed to calculate the RCD parameters. The effectiveness of theoretical analysis and calculating method is verified by simulation and experimental results.Key words: flyback converter; RCD clamping; leakage inductance; parameter design1 引言反激变换器具有宽范围电压输入、高可靠性、拓扑简单、易实现多路输出、体积小、成本低等各种优点，在中小功率场合具有很广泛的应用。
RCD钳位反激变换器的回馈能耗分析及设计考虑
第30卷第33期中国电机工程学报V ol.30 No.33 Nov.25, 20102010年11月25日Proceedings of the CSEE ©2010 Chin.Soc.for Elec.Eng. 9 文章编号：0258-8013 (2010) 33-0009-07 中图分类号：TM 464 文献标志码：A 学科分类号：470·40RCD钳位反激变换器的回馈能耗分析及设计考虑刘树林，曹晓生，马一博（西安科技大学电气与控制工程学院，陕西省 西安市 710054）Design and Analysis on Feedback Energy Loss of RCD Clamping Flyback ConvertersLIU Shulin, CAO Xiaosheng, MA Yibo(School of Electircal and Control Engineering, Xi’an University of Science & Technology, Xi’an 710054, Shaanxi Province, China)ABSTRACT: The energy transfer process of the flyback converter with RCD clamp circuit was analyzed. It was concluded that the clamp voltage (U C) of the clamp capacitor must be higher than the feedback voltage (U f) to avoid too much energy loss resulted from the feedback voltage providing energy to the RCD clamp circuit during the period of switch turn-off. The expression of the feedback energy (W f) generated by the feedback voltage (U f) was deduced. It was indicated that W f decreases with the increment of U C, moreover, the total energy loss caused by the RCD clamp circuit is equal to the summation of W f and W lk, the energy from the leakage inductor. Let W f=W lk, the critical clamp voltage of the clamp capacitor, U CK=2.6U f, can be obtained. On this basis, the design methods for the element parameters of the RCD clamp circuit were proposed. The validity of the theoretical analysis and the feasibility of the proposed design methods were verified with the simulation and experimental results.KEY WORDS: flyback converter; RCD clamp circuit; feedback voltage; feedback energy; critical clamp voltage摘要：对RCD钳位反激变换器的能量传输过程进行深入分析，指出为避免反馈电压U f在整个开关管关断期间向RCD 钳位电路提供能量而增大能耗，钳位电容电压U C必须大于U f；推导得出反馈电压产生的回馈能量W f的解析表达式，并指出W f随着U C的增加而减小，且RCD钳位电路的总能耗等于W f与变压器漏感储能W lk之和。
RCD吸收计算
RCD吸收计算0 引言单端反激式开关电源具有结构简单、输入输出电气隔离、电压升／降范围宽、易于多路输出、可靠性高、造价低等优点，广泛应用于小功率场合。
然而，由于漏感影响，反激变换器功率开关管关断时将引起电压尖峰，必须用钳位电路加以抑制。
由于RCD钳位电路比有源钳位电路更简洁且易实现，因而在小功率变换场合RCD钳位更有实用价值。
1 漏感抑制变压器的漏感是不可消除的，但可以通过合理的电路设计和绕制使之减小。
设计和绕制是否合理，对漏感的影响是很明显的。
采用合理的方法，可将漏感控制在初级电感的2％左右。
设计时应综合变压器磁芯的选择和初级匝数的确定，尽量使初级绕组可紧密绕满磁芯骨架一层或多层。
绕制时绕线要尽量分布得紧凑、均匀，这样线圈和磁路空间上更接近垂直关系，耦合效果更好。
初级和次级绕线也要尽量靠得紧密。
2 RCD钳位电路参数设计2.1 变压器等效模型图1为实际变压器的等效电路，励磁电感同理想变压器并联，漏感同励磁电感串联。
励磁电感能量可通过理想变压器耦合到副边，而漏感因为不耦合，能量不能传递到副边，如果不采取措施，漏感将通过寄生电容释放能量，引起电路电压过冲和振荡，影响电路工作性能，还会引起EMI问题，严重时会烧毁器件，为抑制其影响，可在变压器初级并联无源RCD钳位电路，其拓扑如图2所示。
2.2 钳位电路工作原理引入RCD钳位电路，目的是消耗漏感能量，但不能消耗主励磁电感能量，否则会降低电路效率。
要做到这点必须对RC参数进行优化设计，下面分析其工作原理：当S1关断时，漏感Lk释能，D导通，C上电压瞬间充上去，然后D截止，C 通过R放电。
实验表明，C越大，这儿就越平滑均是将反射电压吸收了部分1)若C 值较大，C 上电压缓慢上升，副边反激过冲小，变压器能量不能迅速传递到副边，见图3(a)；2)若C 值特别大，电压峰值小于副边反射电压，则钳位电容上电压将一直保持在副边反射电压附近，即钳位电阻变为死负载，一直在消耗磁芯能量，见图3(b)；3)若RC 值太小，C 上电压很快会降到副边反射电压，故在St 开通前，钳位电阻只将成为反激变换器的死负载，消耗变压器的能量，降低效率，见图3(c)：4)如果RC 值取得比较合适，使到S1开通时，C 上电压放到接近副边反射电压，到下次导通时，C 上能量恰好可以释放完，见图3(d)，这种情况钳位效果较好，但电容峰值电压大，器件应力高。
反激变换器漏感处理方法
反激变换器漏感处理方法概述反激变换器是一种常用的电源转换器拓扑结构，用于将直流电能转换为交流电能。
在反激变换器的设计中，漏感是一个重要的参数，能够影响其性能和效率。
本文将介绍一些常见的反激变换器漏感处理方法。
1.基本原理反激变换器在工作过程中，通过切换管和漏感之间的相互作用来实现能量转换。
漏感是指变压器或电感器中的自感电压产生的电感，其作用是储存和释放能量。
正确处理漏感对反激变换器的性能至关重要。
2.降低漏感泄漏磁通漏感泄漏磁通对反激变换器的性能产生负面影响，因此需要采取措施降低漏感泄漏磁通。
以下是一些常见的方法：2.1合理设计变压器结构通过合理设计变压器的结构，包括磁路设计、绕组设计等，可以减少漏感泄漏磁通的产生。
例如，采用分层绕组、错位绕组等技术，可以有效减少漏感泄漏磁通。
2.2降低变压器工作磁通密度减小变压器工作磁通密度可以降低漏感泄漏磁通的产生。
可以通过合理选择材料、调整工作点等方式来实现。
2.3添加副绕组在变压器中添加副绕组，用于吸收漏感泄漏磁通。
副绕组的设计需要考虑合适的匝数比例和连接方式，以确保漏感泄漏磁通能够有效被副绕组吸收。
3.减小漏感的影响除了降低漏感泄漏磁通外，还可以通过其他方式减小漏感对反激变换器的影响。
3.1控制开关频率适当控制反激变换器的开关频率，可以减小漏感对输出电压和电流的影响。
开关频率过高会导致漏感产生更大的影响，因此需要合理选择开关频率。
3.2使用补偿电容在反激变换器中添加补偿电容，可以减小漏感对输出电流的负面影响。
补偿电容可以平衡漏感电流和输出电流，从而提高输出电流的稳定性。
3.3优化反馈控制通过优化反馈控制技术，可以减小漏感对输出电压的影响。
例如，采用P ID控制算法、增加反馈环节等方式，可以提高反激变换器的稳定性和响应速度。
4.总结反激变换器漏感处理是反激变换器设计中的重要问题。
通过合理设计变压器结构、降低漏感泄漏磁通、减小漏感的影响等方法，可以提高反激变换器的性能和效率。
开关电源领域漏感能量回收技术专利综述
• 102•ELECTRONICS WORLD ・探索与观察随着电力电子技术的发展，高频开关电源得到了广泛的研究和应用，漏感存储的能量会产生反电动势应力尖峰，容易造成开关器件过压击穿，漏感还可能与电路中的分布电容组成振荡回路，产生振荡并向外辐射电磁能量，如何能简单有效的回收利用漏感的能量，同时降低开关管电压应力，一直是广大科技工作者和工程师的研究目标。
本文主要对开关电源领域漏感能量回收技术进行综述。
1.引言开关电源是由开关管直接控制着与其相连的感性元件(电感或变压器)，通过感性元件的储能及放能过程，实现电压或电流变换的一种电源，其广泛应用于工业控制、通信办公、家庭消费等各种电子设备中。
由于开关管只工作在低功耗的导通或截止状态，因此开关电源比传统的线性电源具有更高的转换效率。
在使用变压器作为能量传输元件的开关电源电路中，开关管的输出端与变压器的初级线圈连接，当开关管由导通转为截止时，由于变压器存在漏感，在一个很短的时间里，开关管的输出端会出现较高的反向电动势尖峰，该电动势尖峰由漏感引起，一般无法传递到变压器的次级，如果没有保护电路，该电动势尖峰会超过开关管的最大承受值，导致开关管被击穿。
（吴红飞，等.高效率高增益Boost-Flyback直流变换器：中国电机工程学报，2011；赵坚，等.单端反激有源钳位光伏并网微逆变器设计：电气工程学报，2016）传统反激式逆变器中由于存在漏感，当主功率管关断的瞬间产生尖峰电压，一般利用RCD电路进行吸收，最终将漏感能量通过电阻消耗，这样可以阻止尖峰电压的产生，确保功率开关管安全，但是，RCD吸收电路白白浪费了漏感能量，降低系统效率。
这部分泄露的能量也是很可观的，在某些应用场合，这部分能量甚至会超过相应单次正常工作的能量。
如何能简单有效的回收利用漏感的能量，同时降低开关管电压应力，一直是广大科技工作者和工程师的研究目标。
2.技术发展路线传统消除主功率管关断的瞬间产生尖峰电压的RCD电路是缓冲器的一种。
反激式电路及减小反激式电路变压器漏感损耗的方法[发明专利]
![反激式电路及减小反激式电路变压器漏感损耗的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2b72f2d53968011ca200912e.png)
专利名称：反激式电路及减小反激式电路变压器漏感损耗的方法
专利类型：发明专利
发明人：林栋,熊鹰
申请号：CN201210151451.6
申请日：20120515
公开号：CN102664526A
公开日：
20120912
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请公开了一种反激式电路及减小反激式电路变压器漏感损耗的方法，反激式电路的副边回路中增设有能量回收电路，用于回收寄生漏感中的部分能量，能量回收电路至少包括一能量回收电容。
当开关管关断的瞬间，利用电容上的电压不能突变的基本原理，变压器绕组的电压极性在一段时间内保持原有的电压极性，利用这个电压使得变压器的寄生漏感的电流加速下降，其中寄生漏感上的能量一部分转移至箝位电容中，另一部分通过变压器和能量回收电路转移到滤波和负载电路中，实现了将寄生漏感中的部分能量回收利用，提高了反激式电路的转换效率。
同时，由于转移到箝位电容中的能量相应减小，箝位电容上的电压也相应降低，开关管关断后承受的电压减小。
申请人：迈象电子科技(上海)有限公司
地址：201206 上海市浦东新区金桥出口加工区新金桥路201号302室
国籍：CN
代理机构：北京集佳知识产权代理有限公司
代理人：王宝筠
更多信息请下载全文后查看。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电路 为反 激 电路 ，它能将 主 电路 变压 器漏 感能 量 直接释 放 到 输 出侧 供 给 负载 。 同时吸 收 电路 采 用
电压 滞环 控制 ，工作 频 率 由漏感 能量 决定 ，当主 电路 的 功率 降低 时吸收 电路 的 工作频 率也会 随之 降
低 ，变换 器轻 载效 率 高。详 细分析 了吸收 电路 的 工作原 理 ，给 出 了参数 设 计 方 法 ，研 制 了两路 交错
为 了解决 上述 问题 ，本 文 提 出 了一 种新 颖 有 源 吸 收方式 ，吸 收 电路 斩 波工作 ，工 作频 率 由主 电路 的
功率 决定 ，当主 电路 的功 率 降 低 时 吸 收 电路 的工 作 频 率也 会 随之 降低 ，这样 可实 现变 换器 较高 的效 率 。
２ 吸 收 电路 的 拓 扑 和 控 制 方 式
（江 苏省新 能 源发 电与 电能 变换 重点 实验 室 ，南京航 空航 天大 学 ，江 苏 南京 ２１００１６）
摘要 ：反 激 变压 器原 边 漏感 的存 在 增加 了功 率 器件 的 电压应 力 ，并 降低 了变换 器的 变换 效 率 。本
文研 究 了一种 新 颖的 变压 器漏感 能 量吸收 电路 ，实现 了漏感 能 量 的 回收 和利 用。论 文 采 用 的 吸收
第 ３５卷 第 ６期 ２０１６年 ６月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｖｏ１．３５，Ｎｏ．６ Ｊｕｎ． ２０１６
基 于 反 激 变 换 器 的 漏 感 能 量 回收 方 法
苏 通 ，张 方 华 ，马 超 ，任 永 宏
张 方 华 （１９７６－），男 ，山东 籍 ，教 授 ，博 士 生 导 师 ，研 究 方 向为 航 空 电源 、照 明 电 源 和 新 能 源 发 电系 统 。
１４
电 工 电 能 新 技 术
第 ３５卷
２．２ 控 制 方 式 吸收 电路 采用 电压滞 环控 制 ，设 钳 位 电容 电压
的滞 环上 下 限分 别 为 和 ｕＴＬ。 图 ２为 吸 收 电路 的控 制流 程 图。在 主 电路开 关 管 ｓ （ｓ：）关 断 时 刻 ， 主 电路变 压 器 漏 感 和 开 关 管 漏 源 极 结 电 容 发 生 谐 振 ，漏源 极结 电容 电压 不断 升高 ，当 上升 到钳位 电容 电压 滞环 下 限 时 ，二极 管 Ｄ。 （Ｄ ）导 通 ，漏感 能 量传 递 到钳 位 电 容 ｃ上 ，钳 位 电 容 电 压 不 断 上 升 ， 当钳 位 电容 电压 达到 ｕ ，开 通 吸收 电路 开关 管 Ｓ ， 储存 在钳 位 电容 上 的漏感 能量 通过 吸收 电路 释放 到 主 电路 的输 出侧 供 给 负载 ，实 现 了漏 感 能 量 的 回收 利 用 。 当钳 位 电容 电 压 随 着 放 电 过 程 降 低 到 ＴＬ 时 ，关 闭 吸收 电路 开关 管 。电 压 滞环 控 制 直 接 控 制 钳 位 电容 电压 ，能够 维 持 钳 位 电 容 电压 在 一 定 的范 围 内基 本恒 定 ，对 主 电路 开 关 管 的 电压 尖 峰起 到 抑 制 作用 。滞 环 电压 的下 限应 该大 于 主电路输 入 电压 和输 出反射 电压 之 和 ，否 则 主 电感 中 的部 分 能 量 将 传 递到 钳位 电容 上 。考 虑到 钳位 电容 电压 对开 关管 电压应 力 的影 响 ，滞 环上 下 限和 环 宽 也 不 宜取 得 过 大 。本 文 选取 滞环 上 限为 ７５Ｖ，下 限为 ７０Ｖ。
１ 引 言
反激 变换 器 由于其 电路拓 扑 简单 而被 广泛应 用 在 中小功率 场 合 … ，在 电路 中反 激 变 压器 起 到 电气 隔离 和储存 能 量 的作 用 。由于反 激变 压器 存在 较大 的漏感 ，在 开关 管关 断 时刻 ，漏 感 能量会 造成 开关 管 上 很 高 的电 压 尖 峰 ；同 时 ，漏 感 的 存 在 使 得 工 作 在 ＣＣＭ 模 式下 的变 换器很 难 取得 较高 的变换 效 率 。
并联 反 激 变换 器 的 实验 样机 ，实验 结 果证 明 了所提 出பைடு நூலகம் 法 的有效 性 。
关 键 词 ：反 激 变换 器 ；漏 感 能 量 回 收 ；滞 环 控 制 ；吸 收 电路 设 计
中 图 分 类 号 ：ＴＭ４６
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１００３—３０７６（２０１６）０６ Ｏ１３－０５
Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｌｅａｋａｇｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｅｎｅｒｇｙ ａｃｔｉｖｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ
收 稿 日期 ：２０１５－０８．０５ 作 者 简 介 ：苏 通 （１９９１．），男 ，江 苏籍 ，硕 士 研 究 生 ，研 究 方 向 为 功 率 电 子 变 换 技 术 ；
为 了减小 反激 变 压 器 漏感 对 主 电路 的影 响 ，通 常采用 钳位 电路 对漏 感 能量进 行 回收 和利用 。常用 的钳 位 电路 可 分 为无 源 钳位 和有 源 钳 位 两 类 。 无 源 钳位 包 括 ＲＣＤ钳 位 等 ，其 优 点 是 电路 结 构 简 单 、成本低 ，缺 点是 电压 尖 峰 的抑 制 效 果 差 、电路 损 耗 大 。有 源钳 位抑 制 效 果好 ，但 是 有 源钳 位 存 在 以 下 三个 方 面 的问题 ：① 吸收 电路 和 主 电路 具 有 相 同 的工 作频 率 ，因此 在轻 载 时 吸收 电路 自身 的损 耗 在 电路 总损 耗 中 占了很 大 一 部 分 ；② 在 重 载 时 以谐 振 方式 工作 的 吸收 电路 将 流 过很 大 的谐 振 电流 ，造 成 较 大 的损 耗 ；③ 每一 主 电路 都 需 要 一 套 独立 的有 源 钳位 电路 ，当主 电路采 用 多路 交 错 并 联 技术 时会 提 高 电路 的成本 。
２．１ 吸收 电路 的拓 扑 图 １为 本文 所提 的反 激变 换器 漏感 能量 有源 吸
收 的原 理 图 。其 中吸收 电路 是 由变 压器 Ｔ。、开 关 管 Ｓ 和二 极管 Ｄ 构 成 的反 激 电路 ，主 电路 则是 两 路 交 错 并 联 的高升 压 比反激 变换器 ” 。
图 １ 漏感 能 量 有 源 吸 收 电路 原 理 图