開關(guān)電源的RCD鉗位電路設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u12482開關(guān)電源的RCD鉗位電路設(shè)計案例 1163361.1開關(guān)電源設(shè)計指標 1132841.2控制芯片UC2843及外圍電路 1296591.3RCD鉗位電路 480801.3.1鉗位電路工作原理 4228041.3.2鉗位電路元件參數(shù)計算選擇 41.1開關(guān)電源設(shè)計指標本次設(shè)計采用UC2843PWM電流型控制芯片為核心，設(shè)定變壓器工作在DCM模式，搭建了具有兩路輸出的反激式開關(guān)電源，相關(guān)參數(shù)指標設(shè)計如下:輸出紋波系數(shù)：≤3%開關(guān)頻率f以下是各部分電路設(shè)計.1.2控制芯片UC2843及外圍電路本次設(shè)計采用UC2843控制芯片為核心，UC2843控制芯片是一款高新能固定頻率的電流型芯片，它可以用極少的外部器件實現(xiàn)直流到直流的轉(zhuǎn)換以及離線控制功能，因此在設(shè)計離線式的直流變換電路中，它具有很廣泛的應(yīng)用，如下所示為內(nèi)部結(jié)構(gòu)[14]。圖3-2UC2843內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖它的內(nèi)部包含了有電流檢測器、基于PWM原理的鎖存器、誤差放大器EA、互補功率放大輸出單元、振蕩器OSC、欠電壓保護電路、“圖騰柱”輸出端、5V標準參考源和一些輔助電路[15]。開關(guān)電源的核心部分是PWM脈寬調(diào)制器，它產(chǎn)生的驅(qū)動信號的頻率固定，而且脈沖寬度是可以調(diào)整的，而輸出電壓高低的調(diào)節(jié)，是通過功率開關(guān)管的導(dǎo)通和截止狀態(tài)來控制的，以此穩(wěn)定輸出電壓。內(nèi)部的鋸齒波發(fā)生器在工作時提供的時鐘信號頻率是不會改變的。閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構(gòu)成是利用了誤差放大器EA和PWM比較器一起實現(xiàn)的。用通過輸出電感的電流信號，在脈寬比較器輸入端與誤差放大器的輸出端信號相比較，這樣控制驅(qū)動信號的占空比大小，從而使得誤差電壓的變化可以隨著輸出電感電流的峰值發(fā)生相應(yīng)的變化。在系統(tǒng)電路運行中，若出現(xiàn)輸出電壓因某些因素降低的情況，那么驅(qū)動信號的脈沖寬度也會在脈寬調(diào)制器的控制下發(fā)生改變，從而使得占空比增大，這樣將升高斬波后的平均值電壓，也就是增大占空比，使斬波后的平均值電壓升高，也會使得輸出電壓升高，相反的，若輸出電壓增大，那么驅(qū)動信號的脈沖寬度也會在脈寬調(diào)制器的控制下發(fā)生改變，從而使得占空比減小，這樣將降低斬波后的平均值電壓，也就是減小占空比，使斬波后的平均值電壓降低，也會使得輸出電壓降低。UC2843控制芯片外圍電路如圖所示：圖3-3UC2843外圍電路其中VCC和VC通過15V直流電壓源供電，輸出端接開關(guān)電源輸入電路的MOS管，反饋回路的反饋信號接入comp端，按照經(jīng)驗，RCT腳接8.2kΩ電阻和1.5nF電容接地，而vref和comp端則設(shè)計了一個軟啟動電路。電源在剛通電開啟的時候，電路也還沒有進入穩(wěn)定的工作狀態(tài)，此時需要一段時間來產(chǎn)生整個電路的輸出電壓，所以電路其實是相當于開環(huán)的，在電路逐漸進入穩(wěn)定工作的這段時間內(nèi)，芯片的輸出腳輸出信號的PWM脈沖占空比會很大，這種情況可能會使得開關(guān)管因為電壓過高被擊穿或者開關(guān)管的導(dǎo)通時間過長而直接燒毀。處理這種情況的方法是設(shè)置如上圖所示的軟啟動電路，其有電阻R，二極管D，電容C所示。電阻R是與UC2843芯片的8腳VREF相連接，而UC2843芯片的1腳COMP端則與二極管D的陽極相連接。軟啟動電路設(shè)置完成后，電源剛導(dǎo)通時電容C的兩端電壓此時為0，對于UC2843芯片內(nèi)部的電流檢測比較器而言，它的反向輸入端電壓此時也是0，UC2843芯片的輸出腳輸出信號為低電平，電容C將隨著UC2843的comp端的恒流源和verf端的5V基準電壓通過給電阻R放電時充電[16]，這樣comp端的電壓也逐漸增大，就不會出現(xiàn)電源一接通就輸出滿偏的情況，同時也使得電流檢測比較器內(nèi)部的反向輸入端電壓是慢慢升高的，同步比較逐漸升高的電壓和ISENSE腳的電流檢測電壓[17]，控制輸出腳輸出的占空比逐漸增大的PWM脈沖，達到讓電路正常啟動的目的，這一過程即為軟啟動[18]。這里選擇電阻R為100k，電容C為1μF，二極管沒有具體的需求，選擇普通的二極管1N4148即可滿足需求。1.3RCD鉗位電路開關(guān)電源中MOSFET開關(guān)管截止的瞬間，因為能量儲存在變壓器的鐵芯中，此時經(jīng)初級繞組的漏感通過后，產(chǎn)生的尖峰脈沖電壓很高，而輸入電壓、次級繞組圈反射到初級繞組因此產(chǎn)生的反電動勢和這個尖峰脈沖電壓這三者疊加后，直接接到MOS管的DS漏源極，MOS管會很容易被擊穿燒毀，所以必須在變壓器初級繞組回路中設(shè)計一個RCD鉗位電路，防止MOS管被擊穿[19]。同時必須要選擇合適的RCD鉗位電路參數(shù)，否則無法起到對MOS管的過壓保護作用，還會增加開關(guān)電源管的功耗，使開關(guān)管的溫度升高，降低開關(guān)電源的效率。1.3.1鉗位電路工作原理反激式開關(guān)電源中設(shè)計的RCD鉗位電路由電阻R，電容C和二極管D組成，故稱RCD鉗位電路，如圖，開關(guān)管的等效模型是存在寄生電容的，這個寄生電容在這里是Coss，在MOS管導(dǎo)通和截止期間，RCD鉗位電路的工作狀態(tài)為：當S1關(guān)斷時，流過漏極DS的電流在極短時間內(nèi)減小到零，二極管D導(dǎo)通，電容C的電容值遠大于Coss，故電感L釋放的能量絕大部分提供給電容C充電。而電容兩端電壓是無法突變的，它的容量值越大時，電壓變化率就越小，所以，電容C的設(shè)置就是為了使得MOS管漏源極電壓尖峰值變得更小，同時也降低MOS管電壓波形變化率。流過繞組的電流變換方向時，二極管D是截止的狀態(tài)，電容C也停止充電，隨后電容C向鉗位電阻R提供能量放電[20]。若R太小，電容C放電越快，放電電流極大，很有可能致使鉗位電阻R溫度過高，損壞電阻，同時，鉗位電容C兩端電壓波形也會越平滑。若C太小，電容C充電越快，在極短時間內(nèi)就會充滿，MOS管漏源尖峰電壓將會很高，電壓波形變化率也越快，導(dǎo)致電路出現(xiàn)EMI問題。若C太大，電容C兩端電壓上升得很緩慢，變壓器次級繞組反激過沖較小，使得變壓器初級繞組能量不能迅速的傳遞到次級繞組。若R、C值適中，電容C兩端電壓波形變化率較小，MOS管漏源尖峰電壓較小，S導(dǎo)通時，電容C兩端電壓放到接近次級繞組反射電壓，等待下一次S導(dǎo)通到來，可以正好釋放完能量。1.3.2鉗位電路元件參數(shù)計算選擇（1）電容C兩端的電壓有可能直接沖到漏感電壓和反電動勢的疊加值，即V電容C的作用是吸收變壓器漏感的能量，其容量C的值由下式?jīng)Q定：C其中Le表示漏感，單端反激式開關(guān)變換器一般為40~100μH，假設(shè)漏感等于原邊電感得3%，這里取45μH計算；Vr指的是反電動勢，且Vr=2nVoutI（2）電阻