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教你如何恢復(fù)反激變壓器的漏泄能量?

發(fā)布時間:2015-02-18 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】對正向轉(zhuǎn)換器上變壓器消磁的傳統(tǒng)方式是,采用第二個繞組,它與初級繞組雙線繞制,這樣當功率開關(guān)切斷時(通常是一只功率FET),就可以確保磁化電流持續(xù)流過。這種電路一般會將場效應(yīng)晶體管(FET)的漏源電壓限制或箝位在兩倍于直流電源軌電壓。這種采用恢復(fù)繞組的技術(shù)同樣可以成功地用于反激結(jié)構(gòu)中,以解決漏電感的問題。
 
注意,在任何反激轉(zhuǎn)換器中,反激變壓器(多繞組電感)遠非完美無缺,它的(初級至次級)漏電感可達初級磁化電感的5%。漏電感(LLK)與功率FET(漏極連接)等效串聯(lián)。更加復(fù)雜的是,F(xiàn)ET的寄生輸出電容與LLK構(gòu)成了一個串聯(lián)諧振電路。當FET關(guān)斷時,會產(chǎn)生非常高的過壓和振鈴。電路的Q值越高,振鈴電壓就越高。這種情況可能會造成巨大的EM干擾,并且會由于FET漏電壓的升高,而降低FET的可靠性。
個改良后的演示板(意法半導(dǎo)體Viper17L)
圖1(a)是一個改良后的演示板(意法半導(dǎo)體Viper17L),其反激轉(zhuǎn)換器上加了一個恢復(fù)繞組。在該電路中有以下重要的考慮:電阻RS1和RS2為檢測電阻,用來監(jiān)測電流;從這些電阻上直接獲得測量電流的量程。變壓器比率與原變壓器比率相一致?;謴?fù)繞組N只與初級繞組N有緊密的磁耦合,使兩個繞組成為雙股。兩根導(dǎo)線同時并排纏繞在磁芯或線軸上,就形成了雙股繞組。這種方法使耦合最大化,并獲得了寄生電容與電感的嚴格匹配。初級繞組與其它繞組之間的耦合并沒有那么重要。
串聯(lián)諧振儲能電路的結(jié)果
從圖1(b)可以看出,在沒有任何箝位情況下(不連接D3),由于振鈴,F(xiàn)ET的漏極電壓(IC1,7、8腳)達到了峰值560V。圖2(a)為放大的初級電流圖。在FET關(guān)斷的瞬間,初級電流(磁化電流)保持不變,為電容COSS充電,這可從階躍波形看出。磁化電流保持不變,因為次級繞組上的二極管D4還沒有導(dǎo)通,這可以從圖2(b)的次級電流波形看出。在FET關(guān)斷的一個短周期內(nèi)(此時D4仍沒有導(dǎo)通),串聯(lián)諧振電路的COSS被充電。在FET漏極電壓VDS足夠高的時間內(nèi),D4成為正偏,存儲在串聯(lián)諧振儲能電路中的能量被釋放。存儲的能量是諧振電路Q值的一個函數(shù),數(shù)值非常大。
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串聯(lián)諧振儲能電路的結(jié)果
圖2是串聯(lián)諧振儲能電路的結(jié)果。圖(a)中,繼FET關(guān)斷,初級電流(通道2,紅色波形)為COSS充電后,在FET的漏極(VDS,通道1,藍色波形)有振鈴。圖(b)中,通道1仍為VDS,COSS的充電使通過D4的次級電流(通道2)延遲了不到100ns。圖(c)中,雙股繞組NR將初級電流(通道2)導(dǎo)回電源軌,并箝位開關(guān)電壓(通道1)。圖(d)中,泄漏磁通阻止了電流的傳輸,次級電流(通道2)達到一個均衡的峰值,直到漏泄能量被完全恢復(fù)。
 
當恢復(fù)繞組NR和二極管D3連接到電源軌時,可以觀察到完全不同的過程?;謴?fù)繞組NR直接繞過寄生電容COSS,將積累的泄漏能量導(dǎo)回至電源軌。在圖2(c)中應(yīng)能注意到,初級電流的負浪涌(通道2)事實上是從恢復(fù)繞組流出的電流。次級二極管D4馬上變?yōu)檎?圖2(d)),因為次級電流(通道2)上升到了穩(wěn)態(tài)的峰值,初級電流降為零。由于NP=NR,這就確保將VDSS限制在VDC的兩倍。
 
通過泄漏能量恢復(fù)方法消除過高振鈴,這種方式明顯優(yōu)于所有其它的被動RCD阻尼器技術(shù),因為后者消除了泄漏能量,從而降低了轉(zhuǎn)換器的效率。將最大VDS限制為兩倍VDC是可以接受的,因為我們知道,大多數(shù)單片嵌入式轉(zhuǎn)換器都帶有高電壓功率FET(例如意法半導(dǎo)體Viper17就有一個令人印象深刻的800V強大功率段)。大多數(shù)變壓器廠商都可以供應(yīng)雙股繞組,也可用一根Multifilar磁線自己制作。
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