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super_ong

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反激电源的Vds与Vgs的分析

2021-5-8 14:14

                              
图15 工作时mos管波形
通道2:Vds
如图15所示为正常工作时MOS管波形。在开关管第一次导通之前,Vds两端压降为Vin。在导通时,由于MOS关DS导通,因此Vds电压被拉低。同时,原边电感开始存储能量,在原边电感上还存在一定的漏感,这一部分能量不能被合到副边的能量,此时原边电感的电压极性为上正下负。同时,这时候会因为变压器的特性,会给副边折射一个电压,这个电压为Vlp/n(Vlp为原边电感电压,n为变压器匝数比)。
在开关管从导通到关断时,在关断瞬间,原边的没有通路,但是由于电感的存在,电流不能突变。所以在关断瞬间的时候,电感会阻止电流的减小,由于变压器的能量是耦合到副边的,所以进行阻止电流减小的能量只有漏感上的能量。此时漏感释放的能量会给Cds进行充电,此时会引起LC振荡。在开关管导通时,原边电流是呈上升趋势的,也就是在关断瞬间的时候电流为最大值Ip,LC振荡呈现阻尼振荡方式,能量有所消耗,因此振幅慢慢减小。因为V=I*R,LC上的阻抗为Z0=jwl+1/jwl+R(jwl为感抗,1/jwl为容抗,R为回路阻抗),因此漏感上的最大电压就为Vpleakmax = Ip * Z0。由于MOS关断时,副边回路会导通,此时副边会折射一个电压到原边,由于副边此时电压是上正下负,折射到原边为上负下正,副边电感两端电压为Vf,则折射到原边的电压为Vf*n。
则有:         Vds max = Vin + Vf*n + Vpleak max
当漏感能量经过振荡消耗完时,则第一次振荡阶段结束,此时漏感与寄生电容都处于稳定状态,Vds也处于稳定状态,此时由于副边仍然为导通状态,依旧会有折射电压,因此此时的稳定的Vds为
                                                        Vds = Vin + Vf*n
在副边能量消耗消耗完之后,副边不再导通,也不再折射能量,此时原边Vds原则上来说电压降为Vin,但是因为寄生电容的存在,电容电压不能突变。此时会出现第二次振荡,由寄生电容及原边电感发生谐振。
根据Vds计算公式Vds max= Vin + Vf*n + Vpleak max可以找出减小Vds的方法
1、降低输入电压,需考虑实际情况下母线电压的范围;
2、减小原副边线圈的匝比,需考虑电源的功率是否合适;
3、降低变压器原边峰值电流,可调节电流环参数以增大过功率补偿,也可增大电流采样电阻以限制过流点;
4、增大RCD的钳位电容,需考虑RCD泄放电阻是否消耗了变压器磁芯能量;
5、减小变压器的漏感,改变变压器绕组的结构和工艺,如绕线要尽量分布得紧凑、均匀。
关于第一次与第二次振幅大小与变压器,MOS管的各个参数有关,减小Vds尖峰(不加RCD,或其他方式),需要减小变压器的漏感,这与变压器的制造工艺有关。减小方法:增大磁芯,减小气隙,增大耦合系数等。
减小第二段振荡:选择寄生参数小的MOS管。
通道3:Vgs
正常情况下是,Vgs符合正常所看到的PWM波。因为导通电阻的存在,所以上升阶段的波形会稍微有一点斜坡。改变导通电阻会影响到导通时间。
还有一种是非正常波形,此种波形是出现大小波的情况。(如下图)
图16 非正常工作时MOS管波形
出现这种非正常波形时,一般是由于反馈参数错误引起的,导致斜坡补偿出现较大的误差,一般出现的情况是高压轻载时。在高压轻载时此时输出电流最小,原边流经电流也是最小,驱动的占空比也最小,当占空比小于电源芯片所能输出的最小占空比时,这时候就会造成输出紊乱。出现如图16的Vgs情况。
解决方法:1、增大副边输出,可以在输出端加假性负载,使电流增大,让原边不至于发生紊乱。
2、改善电流环参数,提高电流环的响应速度。一般性可以更在INS与RT/CT之间的斜坡电容值。
通道4:采样电阻两端
如图15所示,在MOS管导通瞬间有很大的电压脉冲,这个电压脉冲一旦达到1V,就可以触发UC2844的电流环保护机制。是根据反激电源的开通回路进行分析,可以分析出采样电阻两端电压的突然升高的回路为 +à变压器àMOS管à- 。在此回路中,由于变压器(线圈)的存在,理论上来说电流是不可突变的,但是由于现代工艺的问题,在变压器中会存在杂散电容,MOS管中也有极间电容,在MOS管开通的瞬间,此时相当于短路,导致一瞬间的大电流施加在采样电阻上,导致采样电阻的两端电压升高。
图17  2844 PIN3脚电压
查取UC2844规格书可知PIN3的采样值为-0.3到+5.5V,当采样电阻所采得的电压低于最低采样电压-0.3V时,会造成输出限功率/限电流不准,重载或输出短路时导致MOS管、输出整流二极管的损坏等现象。

王栋春

2021-5-8 22:37:38
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