【《开关电源的RCD钳位电路设计案例》2700字】

开关电源的RCD钳位电路设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u12482开关电源的RCD钳位电路设计案例 1163361.1开关电源设计指标 1132841.2控制芯片UC2843及外围电路 1296591.3RCD钳位电路 480801.3.1钳位电路工作原理 4228041.3.2钳位电路元件参数计算选择 41.1开关电源设计指标本次设计采用UC2843PWM电流型控制芯片为核心，设定变压器工作在DCM模式，搭建了具有两路输出的反激式开关电源，相关参数指标设计如下:输出纹波系数：≤3%开关频率f以下是各部分电路设计.1.2控制芯片UC2843及外围电路本次设计采用UC2843控制芯片为核心，UC2843控制芯片是一款高新能固定频率的电流型芯片，它可以用极少的外部器件实现直流到直流的转换以及离线控制功能，因此在设计离线式的直流变换电路中，它具有很广泛的应用，如下所示为内部结构[14]。图3-2UC2843内部结构图它的内部包含了有电流检测器、基于PWM原理的锁存器、误差放大器EA、互补功率放大输出单元、振荡器OSC、欠电压保护电路、“图腾柱”输出端、5V标准参考源和一些辅助电路[15]。开关电源的核心部分是PWM脉宽调制器，它产生的驱动信号的频率固定，而且脉冲宽度是可以调整的，而输出电压高低的调节，是通过功率开关管的导通和截止状态来控制的，以此稳定输出电压。内部的锯齿波发生器在工作时提供的时钟信号频率是不会改变的。闭环调节系统的构成是利用了误差放大器EA和PWM比较器一起实现的。用通过输出电感的电流信号，在脉宽比较器输入端与误差放大器的输出端信号相比较，这样控制驱动信号的占空比大小，从而使得误差电压的变化可以随着输出电感电流的峰值发生相应的变化。在系统电路运行中，若出现输出电压因某些因素降低的情况，那么驱动信号的脉冲宽度也会在脉宽调制器的控制下发生改变，从而使得占空比增大，这样将升高斩波后的平均值电压，也就是增大占空比，使斩波后的平均值电压升高，也会使得输出电压升高，相反的，若输出电压增大，那么驱动信号的脉冲宽度也会在脉宽调制器的控制下发生改变，从而使得占空比减小，这样将降低斩波后的平均值电压，也就是减小占空比，使斩波后的平均值电压降低，也会使得输出电压降低。UC2843控制芯片外围电路如图所示：图3-3UC2843外围电路其中VCC和VC通过15V直流电压源供电，输出端接开关电源输入电路的MOS管，反馈回路的反馈信号接入comp端，按照经验，RCT脚接8.2kΩ电阻和1.5nF电容接地，而vref和comp端则设计了一个软启动电路。电源在刚通电开启的时候，电路也还没有进入稳定的工作状态，此时需要一段时间来产生整个电路的输出电压，所以电路其实是相当于开环的，在电路逐渐进入稳定工作的这段时间内，芯片的输出脚输出信号的PWM脉冲占空比会很大，这种情况可能会使得开关管因为电压过高被击穿或者开关管的导通时间过长而直接烧毁。处理这种情况的方法是设置如上图所示的软启动电路，其有电阻R，二极管D，电容C所示。电阻R是与UC2843芯片的8脚VREF相连接，而UC2843芯片的1脚COMP端则与二极管D的阳极相连接。软启动电路设置完成后，电源刚导通时电容C的两端电压此时为0，对于UC2843芯片内部的电流检测比较器而言，它的反向输入端电压此时也是0，UC2843芯片的输出脚输出信号为低电平，电容C将随着UC2843的comp端的恒流源和verf端的5V基准电压通过给电阻R放电时充电[16]，这样comp端的电压也逐渐增大，就不会出现电源一接通就输出满偏的情况，同时也使得电流检测比较器内部的反向输入端电压是慢慢升高的，同步比较逐渐升高的电压和ISENSE脚的电流检测电压[17]，控制输出脚输出的占空比逐渐增大的PWM脉冲，达到让电路正常启动的目的，这一过程即为软启动[18]。这里选择电阻R为100k，电容C为1μF，二极管没有具体的需求，选择普通的二极管1N4148即可满足需求。1.3RCD钳位电路开关电源中MOSFET开关管截止的瞬间，因为能量储存在变压器的铁芯中，此时经初级绕组的漏感通过后，产生的尖峰脉冲电压很高，而输入电压、次级绕组圈反射到初级绕组因此产生的反电动势和这个尖峰脉冲电压这三者叠加后，直接接到MOS管的DS漏源极，MOS管会很容易被击穿烧毁，所以必须在变压器初级绕组回路中设计一个RCD钳位电路，防止MOS管被击穿[19]。同时必须要选择合适的RCD钳位电路参数，否则无法起到对MOS管的过压保护作用，还会增加开关电源管的功耗，使开关管的温度升高，降低开关电源的效率。1.3.1钳位电路工作原理反激式开关电源中设计的RCD钳位电路由电阻R，电容C和二极管D组成，故称RCD钳位电路，如图，开关管的等效模型是存在寄生电容的，这个寄生电容在这里是Coss，在MOS管导通和截止期间，RCD钳位电路的工作状态为：当S1关断时，流过漏极DS的电流在极短时间内减小到零，二极管D导通，电容C的电容值远大于Coss，故电感L释放的能量绝大部分提供给电容C充电。而电容两端电压是无法突变的，它的容量值越大时，电压变化率就越小，所以，电容C的设置就是为了使得MOS管漏源极电压尖峰值变得更小，同时也降低MOS管电压波形变化率。流过绕组的电流变换方向时，二极管D是截止的状态，电容C也停止充电，随后电容C向钳位电阻R提供能量放电[20]。若R太小，电容C放电越快，放电电流极大，很有可能致使钳位电阻R温度过高，损坏电阻，同时，钳位电容C两端电压波形也会越平滑。若C太小，电容C充电越快，在极短时间内就会充满，MOS管漏源尖峰电压将会很高，电压波形变化率也越快，导致电路出现EMI问题。若C太大，电容C两端电压上升得很缓慢，变压器次级绕组反激过冲较小，使得变压器初级绕组能量不能迅速的传递到次级绕组。若R、C值适中，电容C两端电压波形变化率较小，MOS管漏源尖峰电压较小，S导通时，电容C两端电压放到接近次级绕组反射电压，等待下一次S导通到来，可以正好释放完能量。1.3.2钳位电路元件参数计算选择（1）电容C两端的电压有可能直接冲到漏感电压和反电动势的叠加值，即V电容C的作用是吸收变压器漏感的能量，其容量C的值由下式决定：C其中Le表示漏感，单端反激式开关变换器一般为40~100μH，假设漏感等于原边电感得3%，这里取45μH计算；Vr指的是反电动势，且Vr=2nVoutI（2）电阻