反激式转换器工作原理以及反激开关MOSFET源极流出的电流波形转折点的分析.doc
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1、反激式转换器工作原理以及反激开关MOSFET源极流出的电流波形转折点的分析反激式转换器工作原理图1为一个最简单的反激式转换器拓扑结构,并且包含以下寄生元件:如初级漏电感、MOSFET的寄生电容和次级二极管的结电容。图1包含寄生元件的反激式转换器拓扑图该拓扑源自一个升降压转换器,将滤波电感替换为耦合电感,如带有气隙的磁芯变压器,当主开关器件MOSFET导通时,能量以磁通形式存储在变压器中,并在MOSFET关断时传输至输出。由于变压器需要在MOSFET导通期间存储能量,磁芯应该开有气隙,基于这种特殊的功率转换过程,所以反激式转换器可以转换传输的功率有限,只是适合中低功率应用,如电池充电器、适配器和
2、DVD播放器。反激式转换器在正常工作情况下,当MOSFET关断时,初级电流(id)在短时间内为 MOSFET的Coss(即Cgd+Cds)充电,当Coss两端的电压Vds超过输入电压及反射的输出电压之和(Vin+nVo)时,次级二极管导通,初级电感Lp两端的电压被箝位至nVo。因此初级总漏感Lk(即Lkp+n2Lks)和Coss之间发生谐振,产生高频和高压浪涌,MOSFET上过高的电压可能导致故障。反激式转换器可以工作在连续导通模式(CCM)(如图2)和不连续导通模式(DCM)(如图3)下,当工作在CCM模式时,次级二极管保持导通直至MOSFET栅极导通,而MOSFET导通时,次级二极管的反向
3、恢复电流被添加至初级电流,因此在导通瞬间初级电流上出现较大的电流浪涌;当工作在DCM模式时,由于次级电流在一个开关周期结束前干涸,Lp和MOSFET的Coss之间发生谐振。图2 连续导通模式图3 不连续导通模式图4显示了开关电源工作在DCM模式,实测的MOSFET电压和电流工作波形,除了可以看到MOSFET在开通和关断的过程中,均产生比较大的电压和电流变化,而且可以看到MOSFET在开通和关断的瞬间,产生一些震荡和电流尖峰。如图1所示的包含寄生元件的反激式转换器拓扑图,其中Cgs、Cgd和 Cds分别为开关管MOSFET的栅源极、栅漏极和漏源极的杂散电容,Lp、Lkp、Lks和Cp分别为变压器
4、的初级电感、初级电感的漏感、次级电感的漏感和原边线圈的杂散电容,Cj为输出二极管的结电容。图5为反激变换器工作在DCM工作模式时,开关管分别工作在(a)开通瞬间、 (b)开通阶段、 (c)关断瞬间和(d)关断阶段时,所对应的等效分析电路,Rds为开关管的漏源极等效电阻。图5 反激变换器在DCM模式开关管工作在各阶段对应的等效分析电路在开关管开通瞬间,由于电容两端电压不能突变,杂散电容Cp两端电压开始是上负下正,产生放电电流,随着开关管逐渐开通,电源电压Vin对杂散电容Cp充电,其两端电压为上正下负,形成流经开关管和Vin的电流尖峰;同时Cds电容对开关管放电,也形成电流尖峰,但是此尖峰电流不流
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