反激式电源为什么上电最容易烧MOS管？

这篇文章总结一下最近在研究的反激电源RCD吸收回路和VDS尖峰问题。这也是为什么MOS管在开机容易被电压应力击穿的原因。
下图是反激电源变压器部分的拓扑。


在MOS开通时，VDS上电压：

由于Rdson比较小，MOS开通时，VDS电压也较小。此时，MOS漏极电压应力较小。

然而，MOS关断时，此时漏极会承受较大电压应力，因此会在变压器初级绕组上增加RCD吸收电路，用来吸收较大尖峰电压，防止MOS因电压应力出现雪崩击穿。

于是，在电路中经常看到这种方案。当然还有多种类型变种，如使用TVS或者稳压管，无论是哪种方案类型，本质都是吸收MOSFET关断时尖峰电压。


尖峰产生原因主要来自变压器漏感，而漏感来源有两种途径：
（1）来源于变压器本体，在骨架上绕线时，绕线疏密程度，分层绕组还是多组并绕制，这些不同的绕制方式，漏感均存在差异；如下图中红色和蓝色绕线。

（2）来源于变压器骨架焊接脚和线圈之间的线缆，变压器线圈和骨架之间需要浸锡并焊接成型，如果绕线离变压器骨架管脚较远，则有较长的线缆并未和磁芯耦合。为了减少这部分漏感，贴片比直插就存在明显的优势。


以上两种情况如果变压器厂家设计比较差，则变压器漏感比较大，那么漏感为什么会产生尖峰呢？
用下面模型，可以从能量角度理解。


反激式开关电源不能用在大功率电源中，主要是变压器体积和功率限制。在MOS开通时，变压器需要存储能量，在MOS关断时才释放，因此，能量传递到后级的大小和变压器紧密相关。
同时，由于变压器是磁芯器件，还存在饱和风险，因此反激变压器还要考虑变压器磁芯复位，占空比不能太大，磁芯要留气隙，多种因素导致反激不适合用在大功率电源中。
正是因为上面原理，反激式开关电源只能在MOSFET关断时传递能量，而初级绕组向次级传递能量主要靠变压器骨架内包裹的磁芯。变压器存在漏感，这部分漏感不会和磁芯产生耦合。另外，还有一些磁场并不会乖乖的通过磁芯向次级传递能量，而是在空气中形成闭合路径。
所以，MOSFET关断时，总有一部分能量会因为无法传递而表现出较高电压来维持开通时状态，这就出现了尖峰电压。

即使漏感能量很低，但是dt在ns级别，因此，还是会感应出较高的电动势。

下面详细分析RCD电路工作过程。
第一步：上电，此时芯片还未输出PWM，C电容充电到Vbus

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