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开关电源LCD无损吸收电路
发布时间:2017-10-07 18:05:22  点击:0
 变压器与EMI的关系

LCD缓冲网络如图1所示,由L、C、D1和D2组成。LCD缓冲电路不但能够将变压器的漏感能量反馈回电网,而且能够有效地抑制开关管关断时由漏感能量造成的电压尖峰。

图1 LCD缓冲电路

图1 LCD缓冲电路

如果LC谐振频率远大于开关频率,在开关管导通和关断期间,箝位电容的极性将不断改变。开关管关断时,其漏极电压开始上升,D1导通,电容将进行充电,减缓了漏极电压上升的速度,电容两端电压为

公式

式中,I0为开关管关断时初级绕组流过的电流,Vref为输出反射电压,Lkp为变压器初级绕组漏感。

开关管导通后,箝位电容通过Q、L和D2。进行放电。L、D2和C产生谐振,大约半个振荡周期后,以电压形式储存在电容上的能量转变为电流形式,储存在电感中,电容的电压极性改变,充电到Vin 。在下半周期内,L1上端电压继续升高,即电容两端电压大于Vin,D1导通,储存在电感中的剩余能量通过D1返回电网。

在这种工作状态下,箝位电容C的电压与输入电压无关,依赖于负载电流的大小。由于LC谐振频率非常高,电容C的值不能设计得过大,因此,在重载条件下,箝位电压远大于输出反射电压(通常为Vref的2~4倍)

如果LC谐振频率小于电路开关频率,开关管导通期间,箝位电容储存的能量通过LC振荡,只有一小部分传递到电感。开关管关断后,电感中的能量通过D1和D2返回电网。箝位电容的电压极性不会发生改变。电容值如果足够大,在整个开关周期内,电容电压的微小变化将忽略不计。在稳定状态下,达到能量平衡后

公式

式中,Lm为变压器初级绕组电感。

由于变压器漏感远小于初级电感,箝位电容电压与输出反射电压紧密相关,因此,选择一个合适的电感,箝位电容的电压将对输入电压的依赖很小,并且箝位电压可维持在比输出反射电压略高的一个值上,基本与输入电压无关。开关管的电压

公式

在宽输入电压情况下,LCD缓冲电路的箝位电压非常低,接近于输出反射电压,不随负载电流而变化,且无损耗,但需额外提供一个电感,其值需与变压器初级电感匹配,以减小开关管电流应力。在实际电路设计中,为了减缓开关管漏极电压上升速率,LC谐振频率应小于开关频率,电容应足够大。

LCD无损缓冲电路原理

反激变换器加入无损缓冲电路后,可以大大减少开关损耗。LCD无损缓冲电路图如图2-6 

图2-6 无损缓冲电路图

LCD无损缓冲电路工作原理及分析[4]如下,其工作波形如图2-7所示。

图2-7LCD无损缓冲电路工作波形

1)工作模态 1:t0~t1

当t=t0时,开关管S开始导通,缓压电容Cr与电感Lr、二极管D1组成谐振支路,Cr端压下降。

2)工作模态 2:t1~t2

当t=t1时,功率开关S及原边电感电流线性增加,二极管D0反偏,工作状态和硬开关工作情况相同。

3)工作模态 3:t2~t3

当t=t2时,开关管S关断,储能电感L1、漏感Lk沿Cr,D2释放能量,Cr两端电压缓慢上升,原边电感电压Lu下降。

4)工作模态 4:t3~t4

当t=t3时,Lu下降到使D0正偏导通,随后原边电感被箝位,oLUNNu21,Cr与L1,Lk,直流输入电源、D1和Lr形成谐振回路。等效电感Le=L1+Lk+Lr。dsu在t=t3时刻突然下降,以后近似按线性规律下降。

5)工作模态 5:t4~t5

电容Cr两端电压Ucr不变,D0I线性减小。

6)工作模态 6:t5~t6 

t=t5时,D0关断,对原边绕组的箝位作用消失,Cr沿L1、Lk、直流输入电源、D1和Lr释放能量。

7)工作模态 7:t6~t7

当t=t6时,电容Cr端压保持Ud不变,输出滤波电容向负载提供能量,直至下一周期开始。

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