反激式開關(guān)電源mos管電壓電流波形詳解-KIA MOS管

反激式開關(guān)電源電壓電流波形分析

反激開關(guān)電源主要包括電源輸入電路、MOS驅(qū)動(dòng)電路、RCD吸收電路、電源輸出電路、電壓反饋控制電路等。

下面結(jié)合原理圖，試分析反激開關(guān)電源在不連續(xù)模式DCM穩(wěn)態(tài)時(shí)各關(guān)鍵點(diǎn)的電壓和電流的開關(guān)波形，不涉及具體元件參數(shù)數(shù)值。

在MOS管Q1導(dǎo)通時(shí)，變壓器L1初級(jí)繞組充電。在MOS管關(guān)斷時(shí)，初級(jí)繞組存儲(chǔ)的能量向次級(jí)繞組傳遞。

左圖為MOS管驅(qū)動(dòng)電路相關(guān)波形的示意圖（電流不連續(xù)模式DCM），其中Uin對(duì)應(yīng)上圖的V1，Ugs對(duì)應(yīng)上圖A點(diǎn)電壓波形。右圖是某反激開關(guān)電源實(shí)測(cè)波形，僅體現(xiàn)了初級(jí)繞組電流及MOS管DS壓降。

左圖的Uds波形有兩處振蕩波形，分別由初級(jí)繞組漏感Llk與MOS管寄生電容Coss諧振產(chǎn)生，由初級(jí)繞組電感Lm與MOS管寄生電容Coss諧振產(chǎn)生。由于初級(jí)繞組漏感Llk相比初級(jí)繞組電感Lm要小得多，比如說前者是后者的1%~5%，所以第一處諧振波形的頻率比第二處要高得多。第一處電壓諧振波形逐漸恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)Uds電壓幅值為次級(jí)反射電壓。第二處開始諧振時(shí)，MOS管處于斷態(tài)，輸出二極管處于斷態(tài)，次級(jí)繞組電流為零。

在此電路中，電感和電容串聯(lián)諧振的基本模型如下。在諧振頻率下，電感和電容的阻抗相互抵消，整個(gè)回路中只有線路寄生電阻，電感向電容充電，之后電容向電感充電，能量在二者之間往復(fù)循環(huán)，能量難以消耗，就形成了諧振電壓波形。

RCD吸收電路波形當(dāng)MOS關(guān)斷時(shí)，RCD吸收電路的作用是吸收MOS管DS兩端的電壓尖峰，防止MOS管D極被Uds電壓尖峰擊穿損壞或影響MOS管的使用壽命。

Uc表示鉗位電容C2兩端電壓，其電壓不應(yīng)超過設(shè)計(jì)的Uclamp鉗位電壓設(shè)計(jì)值（已經(jīng)忽略了二極管正向?qū)▔航担沟肬clamp+Uin＜80%×MOS管DS耐壓。注意下右圖的V軸幅值不是以0V為起始點(diǎn)的，是以Uin為起始點(diǎn)的。

某開關(guān)電源Uds電壓波形（紅色）及Uclamp電壓波形（藍(lán)色）如下：

當(dāng)該電壓上升時(shí)，對(duì)應(yīng)著MOS管關(guān)斷的初始時(shí)刻，在此刻Uds電壓尖峰通過二極管D3向電容C2進(jìn)行充電，見下圖電流路徑①。當(dāng)Uds電壓尖峰小于電容電壓時(shí)，二極管D3截止，電容C2向電阻進(jìn)行放電，見電流路徑②。

電源輸出電路波形當(dāng)電源處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，在ton時(shí)刻，MOS管導(dǎo)通，初級(jí)繞組的電感電流線性增加，電容Co向負(fù)載RL供電，見下圖電容放電電流Ic1路徑。因?yàn)榉醇ら_關(guān)電源所用變壓器的初級(jí)繞組和側(cè)邊繞組的同相端是相反的。在ton時(shí)刻，初級(jí)繞組為抑制電流增大，初級(jí)繞組感應(yīng)電壓上正下負(fù)，側(cè)邊繞組Lp的感應(yīng)電壓上負(fù)下正，二極管D1處于截止?fàn)顟B(tài)。

在toff時(shí)刻，MOS關(guān)斷，初級(jí)繞組存儲(chǔ)的能量向次級(jí)繞組傳送，初級(jí)繞組為維持原電流方向，初級(jí)繞組感應(yīng)電壓上負(fù)下正，次級(jí)繞組的感應(yīng)電壓上正下負(fù)，二極管D1處于導(dǎo)通狀態(tài)，次級(jí)繞組經(jīng)二極管D1向電容Co和負(fù)載RL供電。

右下圖是某開關(guān)電源輸出電壓紋波電壓實(shí)測(cè)結(jié)果。所以在ton時(shí)刻，電容Co兩端電壓波形時(shí)間對(duì)應(yīng)Ic1電流放電時(shí)間。在toff時(shí)刻，電容Co兩端電壓波形時(shí)間對(duì)應(yīng)Ic2電流充電時(shí)間。