反激式转换器的基本原理及其操作背后的机制分析

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[paragraph]本文档介绍了反激式转换器的基本原理及其操作背后的机制。它包括关于设计电阻-电容-二极管 (RCD) 缓冲器的简短而简明的讨论，这是这些反激式转换器最重要的部分。此外，Fairchild 在本说明中还推荐了一款功能强大的工具，可以帮助用户在几分钟内设计出缓冲器。
反激电路由很少的组件组成，是最简单的拓扑之一。它是中低功率应用非常受欢迎的选择，例如电池充电器、适配器、DVD 播放器和 LED 驱动器。然而，尽管其电路简单，可靠的反激式转换器的设计仍然相当具有挑战性。例如，电阻-电容-二极管 (RCD) 缓冲器是反激式转换器的关键元件，需要可靠的计算和实验验证才能确定最佳参数。否则，转换器的可靠性或效率和成本可能会受到严重影响。

带有 RCD 缓冲器的反激式转换器及其在 DCM 操作中的关键波形
图 1 显示了具有一些关键寄生元件的反激式转换器，例如 Llk（变压器的初级漏电感）和 Coss（MOSFET 的寄生结电容）。该图还显示了在非连续导通操作模式 (DCM) 下具有 RCD 缓冲器的反激式转换器的关键波形。
当 MOSFET 关断时，初级电流 id 为 COSS 充电。一旦 COSS 两端的电压超过输入电压加上反射输出电压 Vin+nVo，次级二极管就会开启，并将磁化电感器 Lm 两端的电压钳位到 n*Vo。然后，由于 Llk & Coss 的存在，会发生高频谐振并导致 MOSFET 上的电压过高。这种过大的电压应该被抑制到可接受的水平。通常，图 1 中所示的 RCD 缓冲器用于此电压抑制目的。
在二极管导通的瞬态期间，Llk 两端的电压为 Vsn-nVo。Vsn 是缓冲电容器 Csn 两端的电压。初级电流流入 Csn，如图 1 所示。 is 的斜率为
压裂{di_ {sn}}{dt}=-(frac{V_ {sn}-nV_ {o}}{L_{lk}})hspace {70mm}(1)
其中 n 是主变压器的匝数比，L(lk) 是主变压器的漏感。
根据经验，RCD 缓冲器应配置为将 Vsn 钳位在 nVo 的大约 2-2.5 倍。此外，Vsn 加上最大输入电压不应高于 MOSFET 额定击穿电压 (BVdiss) 的 80%。过高的 Vsn 将需要使用具有更高额定击穿电压的 MOSFET。非常小的 Vsn 会导致缓冲电路的严重损耗。缓冲电路的功耗由下式获得：
P_{sn}=V_{sn}frac{i_ {peak}*t_{s}}{2}f_ {s}=frac{1}{2}L_ {lk}i_ {peak}^ {2}frac{ V_{sn}}{V_{sn}-nV_{o}}f_{s}hspace {50mm}(2)
其中 ipeak 为变压器初级电流在最小输入电压和满载运行条件下的峰值电流。时间 ts 是：
t_{s}=frac{L_{lk}*i_{peak}}{V_{sn}-nV_{o}}hspace {70mm}(3)
应根据功率损耗选择合适额定功率的缓冲电阻 Rsn。因此，可以使用以下等式计算电阻 Rsn。
R_{sn}=frac{V_{sn}^ {2}}{frac{1}{2}L_{lk}i_{peak}^{2}}frac{V_{sn}}{V_{sn}- nV_{o}}f_{s}hspace {50mm}(4)
缓冲电容电压的最大纹波由下式获得：
三角形 V_{sn}=frac{V_{sn}}{C_{sn}R_{sn}f_{s}}hspace {50mm}(5)
通常，5~10% 的纹波是合理的。因此，缓冲器电容 Csn 可以使用上述公式计算。
缓冲电容器应该是陶瓷或薄膜电容器，提供低等效串联电阻 (ESR)。电解电容或钽电容不适用于这种缓冲器应用。

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