反激式開關電源,rcd吸收電路工作原理-KIA MOS管

反激式開關電源rcd吸收電路

反激開關電源在MOS管關斷時，變壓器初級繞組漏感存儲的能量無法向次級繞組傳遞，初級繞組的漏感和MOS管的寄生電容產生了諧振電壓波形。

這個諧振電壓尖峰與次級繞組反射電壓、電源輸入電壓疊加在一起，加載到MOS管的DS兩端。如加載電壓超過MOS管的耐壓，則MOS管損壞。如加載電壓在MOS管耐壓之下，但靠近MOS管耐壓最大值，則影響MOS管使用壽命。

RCD吸收電路的作用就是抑制諧振電壓尖峰，為MOS管耐壓留出至少20%的電壓余量，避免MOS管損壞或影響MOS管使用壽命。另外，RCD吸收電路抑制了諧振電壓振蕩，對EMI有利。

反激式開關電源,rcd吸收電路

RCD吸收電路工作原理

用于吸收MOS管電壓尖峰的電路還有其他電路形式，但在開關電源中RCD吸收電路是最常用的。RCD吸收電路由二極管D，電阻R，電容C組成，其電路結構如下圖所示。

反激式開關電源,rcd吸收電路

結合原理圖，忽略二極管D的正向導通壓降。當MOS關斷時，諧振電壓波形在B點產生電壓尖峰，此時UB高于UA（初始時刻電容C兩端無電壓差），則UB通過二極管D向電容C充電。Uds電壓升高的本質是初級繞組漏感瞬變電流感應產生的電壓（初級繞組漏感存儲的磁能）向MOS管的寄生電容Coss進行充電，寄生電容Coss兩端電荷積累，電壓差增大。

當二極管D導通，由于電容C比MOS管的寄生電容大得多，所以電容C會分掉大部分電流（這部分電流本來是向寄生電容Coss充電的），使得寄生電容Coss充電過程變得緩慢，所以說電容C會抑制Uds電壓尖峰。同時電阻R消耗初級繞組漏感存儲的能量，使得諧振波形盡快趨于平穩。

在MOS管關斷的時間內，鉗位電容很快充電達到設定的鉗位電壓，諧振電壓尖峰低于鉗位電壓（當諧振電壓UB波形開始下降到低于UA時，并一直保持UB低于UA，UB逐漸回落至Uin+Ur），之后鉗位二極管截止，鉗位電容C通過鉗位電阻R以熱能的形式釋放能量。

需要注意的是，需要限制電阻R放電的速度（意味著電阻阻值不能選得太小），保證鉗位電壓不會低于反射電壓，否則UB大于UA（此時UB=Uin+Ur，UA=Uin+Uclamp，Uclamp受電阻放電影響是逐漸減小的），則鉗位二極管導通，鉗位電阻開始消耗原本要向次級繞組傳遞的能量，這樣會降低電源效率。通過這種方式，在MOS管關斷時，RCD吸收電路吸收初級繞組漏感在MOS管開通時刻存儲的能量，限制Uds不得超過UA。

為了避免上一周期鉗位電容C存儲的能量影響下一個周期鉗位動作，要求在下一次MOS導通之前，電阻R將鉗位電容C上的能量釋放全部釋放掉。如果沒有電阻R，則在每個周期漏感都將對電容C進行充電，使得電容C兩端電壓不斷升高，直至MOS管或電容承受不住高電壓而損壞。一般地，要求MOS管開關周期T=（2~4）×RC。

下圖為開關電源增加RCD電路前后MOS管Uds測試波形對比，左圖為加RCD之前電路的測試結果，右圖為為加RCD之后電路的測試結果：

紅：MOS管Uds電壓，藍：MOS管耐壓Uds max

反激式開關電源,rcd吸收電路