变压器正激有源钳位的选择及误区介绍.

变压器正激有源钳位的选择及误区介绍

变压器正激有源钳位,对设计人员来说主要青睐的就是它的简捷、性能和效率,现得到广泛应用。采用正激结构的电源变换器是高效率、大功率应用(50W 至 500 W范围的出色选择。

在高功率密度模块电源中,同步整流技术成了必须的选择,而正激有源钳位其主要的性能优势在于为绕组自驱的同步整流提供了非常理想的驱动波形,绕组自驱动同步整流电路简单、器件少、为设计者节约了布板空间和产品成本,因此被主流的模块电源厂家普遍接受应用。

正激有源钳位的种类和选择:

钳位管上钳位拓扑和钳位管下钳位拓扑,上钳位电路采用N MOS管,下钳位电路采用PMOS管,那么在实际的设计中我们如何选择呢?

我们看上钳位MOS管和变压绕并联,和开关管串联,而下钳位管是和开关管并联,和变压器绕组串联,绕组电压要低于开关电压,所以在实际设计中高压的PMOS管不容易找,根据这个特点,在高输入电压中如200V以上的设计中我们要考虑使用上钳位,但是上钳位因为MOS管的S脚是接在浮动点上,所以驱动电路必须设计成隔离驱动,这个驱动增加了成本和电路复杂,所以在低压的模块电源应用中,大多数都是采用PMOS管下钳位电路,因为其PMOS管电压不高,而且驱动电路简单。

正激有源钳位的原理和误区:

钳位管被关断后,开关管还没有导通的死区时间里,反向流动的谐振电流被钳位开关强制关断,而根据电感电流惯性作用,需要继续向电感流动,这时将抽取存储在开关管结电容里的能量,而结电容要远远小于钳位电容,存储的能量也非常小,所以结电容的电压迅速下降,也就是开关管的VDS电压迅速下降。

在理想状态下可以理解下降到零,但仪器仪表世界网称实际情况是,当VDS电压下降到Vin电压时,也就原边绕组电压下降到0V后,如果继续下降将造成原边绕组

的电压变成上正下负的电压,这个电压被折算到副边,将导致副边的整流管导,副边绕组传输能量。这个过程将产生一个上正下负的电流,而我们的谐振电流确是一个下负上正的电流,这个两个反向的电流将互相制衡,使得VDS电压维持在一个动态平衡的作用上。

正激有源钳位的开关实现ZVS不是不可能产生,而是需要很大的励磁电流,励磁电流远大于副边折算过来的电流,这样就要求变压器的原边励磁电感值非常小,这样把△I和△B 变得很大,在产品中做不到。

在分析有源钳位电路拓扑的时候,要不断和谐振正激进行比较,才能更深刻的理解它,例如:为什么谐振正激的谐振电容那么小而正激有源钳位的谐振电容需要大?

同样都是起去磁的作用,谐振正激的谐振电容是没有开关控制的,存储的能量几乎全部要通过开关管释放掉,所以如果取值太大就大大的增加了开关管导通的峰值电流,增加了开

管损耗和导通损耗,严重的还会损害开关管。而有源钳位的电容则可以加大,因为在开关管的导通前,钳位管就被关断了,所以钳位电容的能量没有向开关管释放,所以也就没有增加开关的任何损耗,钳位电容的选择一般都在谐振正激谐振电容的100倍以上,主要的目的是为了让开关管VDS波形/绕组波形更加平;严重的还会损害开关管。而有源钳位的电容则可以加大,因为在开关管的导通前,钳位管就被关断了,所以钳位电容的能量没有向开关管释放,所以也就没有增加开关的任何损耗

钳位电容的选择一般都在谐振正激谐振电容的100倍以上,主要的目的是为了让开关管VDS波形/绕组波形更加平。