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非互补有源钳位可实现超高功率密度反激式电源设计

2022-5-5 15:53| 发布者: 闪电| 查看: 22| 评论: 0

摘要: 离线反激式电源在变压器初级侧需要有钳位电路(有时称为缓冲器),以在正常工作期间功率MOSFET开关关断时限制其两端的漏源极电压应力。设计钳位电路时可以采用不同的方法。低成本的无源网络可以有效地实现电压钳位, ...

离线反激式电源在变压器初级侧需要有钳位电路(有时称为缓冲器),以在正常工作期间功率MOSFET开关关断时限制其两端的漏源极电压应力。设计钳位电路时可以采用不同的方法。低成本的无源网络可以有效地实现电压钳位,但在每个开关周期必须耗散钳位能量,这会降低效率。一种改进的方法就是对钳位和功率开关采用互补驱动的有源钳位技术,使得能效得以提高,但它们会对电源的工作模式带来限制(例如,无法工作于CCM工作模式)。为了克服互补有源钳位电路所带来的设计限制,可以采用另外一种更先进的控制技术,即非互补有源钳位。该技术可确保以更具成本效益的方式使用钳位能量。


本文将简要介绍反激式电源中对初级钳位电路的需求。然后比较和对比无源钳位方案、互补有源钳位方案以及非互补有源钳位方案的使用,最后介绍一款支持非互补钳位方案且可实现超高功率密度反激电源设计的芯片组。


在反激式变换器中,当初级侧开关关断时,电压(VOR)由次级侧反射至初级侧,存储的能量通过变压器传输到负载(图1)。VOR经变压器圈数比加以放大,叠加在VDC输入母线电压后会增大开关器件两端的电压应力。在传统电路中,会使用无源初级钳位电路来对这个电压加以限制。



1无源初级钳位RCD解决方案(高亮显示部分)需要耗散大量的热量,限制了反激式电源的效率和工作频率

除了电压应力(VIN + VOR)外,在初级开关管关断时还会产生很大的电压过冲,这是由初级绕组漏感中存储的能量造成的。钳位电路可对由此三个方面因素构成的电压过冲进行限制以保护初级开关(图2)。此外,在这种电路配置下,功率开关在漏极电压较高时开通。开关损耗与VDS2成正比,因此高VDS会增加开关的开通损耗,从而进一步降低效率。

2:开通损耗和钳位损耗都与开关频率有关。


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