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时间:2020-03-05
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1、反激式开关电源漏极钳位保护电路设计方案 开关电源漏极钳位保护电路的作用是当功率开关管(MOSFET)关断时,对由高频变压器漏感所形成的尖峰电压进行钳位和吸收,以防止MOSFET因过电压而损坏。散热器的作用则是将单片开关电源内部产生的热量及时散发掉,避免因散热不良导致管芯温度超过最高结温,使开关电源无法正常工作,甚至损坏芯片。 下面分别阐述漏极钳位保护电路和散热器的设计要点、设计方法及注意事项。 1设计开关电源漏极钳位保护电路的要点及实例 在“输入整流滤波器及钳位保护电路的设计”一文中(详
2、见<电源技术应用>2009年第12期),介绍了反激式开关电源漏极钳位保护电路的工作原理。下面以最典型的一种漏极钳位保护电路为例,详细阐述其设计要点及设计实例。 1)设计实例 采用由瞬态电压抑制器TVS(P6KE200,亦称钳位二极管)、阻容吸收元件(钳位电容C和钳位电阻R1)、阻尼电阻(R2)和阻塞二极管(快恢复二极管FR106)构成的VDZ、R、C、VD型漏极钳位保护电路,如图1所示。选择TOPswitch-HX系列TOP258P芯片,开关频率f=132kHz,u=85~265V,两路输出
3、分别为UO1(+12V、2A)、UO2(+5V、2.2A)。PO=35W,漏极峰值电流IP=ILIMIT=1.65A.实测高频变压器的一次侧漏感L0=20μH。 图1最典型的一种漏极钳位保护电路 2)设计要点及步骤... (1)选择钳位二极管。 采用P6KE200型瞬态电压抑制器(TVS),钳位电压UB=200V。 (2)确定钳位电压的最大值UQ(max)。 令一次侧感应电压(亦称二次侧反射电压)为UOR,要求: 1.5UOR≤UQ(max)≤200V 实际可取UQ(max)=U
4、B=200V. (3)计算最大允许漏极电压UD(max) 为安全起见,UD(max)至少应比漏-源极击穿电压700V留出50V的余量。这其中还考虑到P6KE200具有0.108%/℃的温度系数,当环境温度TA=25℃时,UB=200V;当TA=100℃时,UB=200V×[(1+0.108)%/℃]×100℃=221.6V,可升高21.6V。 (4)计算钳位电路的纹波电压。 URI=0.1UQ(max)=0.1UB=0.1×200V=20V (5)确定钳位电压的最小值UQ(min)
5、UQ(min)=UQ(max)-URI=UB-0.1UB=90%UB=180V (6)计算钳位电路的平均电压。 (7)计算在一次侧漏感上存储的能量EL0... (8)计算被钳位电路吸收的能量EQ 当1.5W≤PO≤50W时,EQ=0.8EL0=0.8×27.2μJ=21.8μJ 注意:当PO>50W时,EQ=EL0=27.2μJ.当PO<1.5W时,不要求使用钳位电路。 (9)计算钳位电阻R1 式中,UQ的量纲为[L]2[M][T]-3[I]-1,f的量纲为[T]-1,R1的量纲为
6、[L]2[M][T]-3[I]-2 (10)计算钳位电容C 式中,EQ的量纲为[L]2[M][T]-2,UQ的量纲为[L]2[M][T]-3[I]-1,C的量纲为[L][M]2[T]-3[I]-2 (11)选择钳位电容和钳位电阻。 令由R1、C确定的时间常数为τ: 将UQ(max)=UB、UQ(min)=90%UB、...=0.95UB和f=132kHz一并代入上式,化简后得到: τ=R1C=9.47/f=9.47T(μs) 这表明R1、C的时间常数与开关周期有关,在数值上它就等于
7、开关周期的9。47倍。当f=132kHz时,开关周期T=7.5μs,τ=9.47×7.5μs=71.0μs. 实取钳位电阻R1=15kΩ,钳位电容C=4.7nF.此时τ=70.5μs. 当钳位保护电路工作时,R1上的功耗为: 考虑到钳位保护电路仅在功率开关管关断所对应的半个周期内工作,R1的实际功耗大约为1.2W(假定占空比为50%),因此可选用额定功率为2W的电阻。 令一次侧直流高压为UI(max)。钳位电容的耐压值UC>1.5UQ(max)+UI(max)=1.5×200V+265V
8、×=674V.实际耐压值取1kV. (12)选择阻塞二极管VD 要求反向耐压UBR≥1.5UQ(max)=300V 采用快恢复二极管FR106(1A/800V,正向峰值电流可达30A)。要求其正向峰值电流远大于IP(这里为30A>1.65A)。 说明:这里采用快恢复二极管而不使用超快恢复二极管,目的是配合阻尼电阻R2,将部分漏感能量传输到二次侧,以提高电源效率。 (13)计算阻尼电阻R2. 有时为了提高开关电源的效率,还在阻塞二极管上面串联一只低阻值的阻尼电阻R2.在R2与漏极分布电
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