季三飛，譚王景，雷蕊英，王 晴

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院，陜西 咸陽，712000）

1 引言

反激變換器因其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于各種小功率直流電源場合。由于反激變換器工作于高頻情況，因此元器件中的各種寄生參數(shù)就不能被輕易忽略，這些寄生參數(shù)會給電路的工作狀態(tài)帶來不同程度的影響。文獻(xiàn)[1]至文獻(xiàn)[5]分析了反激變壓器的漏感會給MOSFET 關(guān)斷時刻的漏源電壓上產(chǎn)生尖峰；文獻(xiàn)[6]至文獻(xiàn)[10]分析了反激變壓器的分布電容會在MOSFET 開通時刻產(chǎn)生電流尖峰；文獻(xiàn)[11]至文獻(xiàn)[15]提出了采用RCD箝位電路來吸收MOSFET 關(guān)斷時刻的漏感能量來降低漏源尖峰電壓，但是沒有提到RCD 箝位電路在降低MOSFET 關(guān)斷時刻漏源尖峰電壓的同時會增大MOSFET 開通時刻的電流尖峰。

本文在分析變壓器分布電容和箝位二極管結(jié)電容在MOSFET 開通時刻進(jìn)行充電會產(chǎn)生電流尖峰的基礎(chǔ)上，同時通過了仿真驗證。由于實際變壓器和二極管的寄生參數(shù)不可能完全消除，因此很難通過實驗的方法進(jìn)行對比驗證；但是可以通過仿真的方式在元件的理想模型上添加相應(yīng)的寄生參數(shù)進(jìn)行對比分析。

2 反激變換器的工作原理

圖1 所示為帶有RCD 箝位電路的反激變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖中，為輸入電源，T 表示理想反激變壓器，為變壓器的漏感，為變壓器的勵磁電感，V 為開關(guān)管MOSFET，D2為副邊整流二極管，為輸出濾波電容，為輸出負(fù)載和D1分別對應(yīng)RCD 箝位電路中的電阻、電容和二極管。

圖1 反激變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3 寄生電容的影響

當(dāng)MOSFET 導(dǎo)通時，副邊二極管D2截止，副邊相當(dāng)于開路，這時輸入電源向變壓器原邊的勵磁電感蓄能。圖2 給出了MOSFET 開通時刻的電路工作原理圖，其中圖（a）為理想箝位二極管和不考慮變壓器分布電容的情況，圖（b）為同時考慮箝位二極管的結(jié)電容和變壓器的分布電容的情況。

圖2 MOSFET 開通時刻的工作原理圖

從圖2（a）中可以看出，當(dāng)MOSFET 開通時，由于二極管D1承受反壓截止，RCD 箝位電路斷開，漏感和勵磁電感串聯(lián)經(jīng)MOSFET 與輸入電源構(gòu)成回路，電流可以由式（1）進(jìn)行確定。

圖3的工作波形

從圖2（b）中可以看出，當(dāng)考慮箝位二極管的結(jié)電容時，由于的阻值較大，因此可以近似認(rèn)為開路和之間串聯(lián)后與并聯(lián)（由于箝位電容遠(yuǎn)大于結(jié)電容因此和串聯(lián)后主要取決于D1）。在MOSFET 開通時刻，輸入電壓瞬間加在變壓器兩端，電容和在很短的時間內(nèi)要充電至輸入電壓因此會有較大的充電電流而電感中的電流不能突變，因此會在上產(chǎn)生一個較大的電流尖峰，如圖3（b）所示。電流尖峰可以由式（2）進(jìn)行計算：

4 仿真驗證

為驗證上述分析，在PSIM 中搭建了反激變換器的仿真模型，同時設(shè)計了一臺實驗樣機(jī)。反激變換器參數(shù)為：交流輸入220V，輸出直流12V，輸出額定功率30W，工作于DCM 模式，開關(guān)頻率36kHz，變壓器原副邊匝比40：-4，勵磁電感470uH，漏感8uH，變壓器分布電容67pF，電流檢測電阻0.62Ω，RCD 箝位電路中的電阻4.7kΩ、電容3300pF、二極管型號為FR107（結(jié)電容15pF），MOSFET 型號為FQPF7N80C（開通時間135ns）。

圖4 仿真波形

圖5 實驗波形

5 結(jié)語

在設(shè)計反激變換器的變壓器和RCD 箝位電路時，既要保證RCD 箝位電路能完全吸收掉變壓器漏感中的能量，減小MOSFET 關(guān)斷時刻的電壓尖峰，又要盡可能減小箝位二極管的結(jié)電容和變壓器的分布電容給MOSFET 開通時刻帶來的電流尖峰。如果電流尖峰過大，可能會造成控制芯片的過流檢測功能誤觸發(fā)，影響反激變換器的正常工作。