反激電源如何減少功率管關(guān)閉時(shí)的 DS 引腳上的振蕩?

在反激電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，功率管關(guān)閉時(shí) DS 引腳上出現(xiàn)的振蕩是一個(gè)常見且不容忽視的問題。這種振蕩不僅會產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，影響周邊電子設(shè)備的正常運(yùn)行，還可能導(dǎo)致功率管的額外功耗增加，甚至縮短功率管的使用壽命，降低反激電源的整體性能和可靠性。因此，采取有效的措施減少這種振蕩至關(guān)重要。

振蕩產(chǎn)生的原因分析

漏感能量的釋放

反激電源中的變壓器存在漏感，當(dāng)功率管關(guān)閉瞬間，儲存在漏感中的能量無法通過正常的磁路釋放，會產(chǎn)生一個(gè)與原電壓方向相反的感應(yīng)電動勢。這個(gè)感應(yīng)電動勢與電路中的寄生電容(如功率管的結(jié)電容、PCB 布線寄生電容等)相互作用，形成一個(gè) LC 振蕩回路，從而導(dǎo)致 DS 引腳上出現(xiàn)振蕩。

寄生參數(shù)的影響

除了漏感，電路中的寄生電容和寄生電阻也對振蕩起著重要作用。寄生電容會儲存電荷，在功率管狀態(tài)變化時(shí)，電荷的充放電過程會引發(fā)電壓的波動。而寄生電阻則會在振蕩過程中消耗能量，影響振蕩的幅度和衰減速度。例如，功率管的輸出電容和變壓器初級繞組的分布電容，它們在功率管關(guān)閉時(shí)會與漏感共同作用，加劇振蕩的產(chǎn)生。

減少振蕩的具體措施

優(yōu)化緩沖電路設(shè)計(jì)

RCD 緩沖電路：RCD 緩沖電路是一種常用的抑制振蕩的方法。它由一個(gè)電阻(R)、一個(gè)電容(C)和一個(gè)二極管(D)組成。在功率管關(guān)閉時(shí)，漏感產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢通過二極管對電容充電，將能量儲存到電容中，電阻則用于消耗電容中的能量，使電容電壓逐漸降低，從而抑制振蕩。合理選擇 R、C、D 的參數(shù)至關(guān)重要，電容過大可能導(dǎo)致功率管開通時(shí)的電流沖擊過大，電容過小則無法有效抑制振蕩;電阻過大則能量消耗慢，電阻過小則功率損耗大。一般來說，需要根據(jù)具體的電路參數(shù)和功率管的特性，通過實(shí)驗(yàn)或仿真來確定最佳的參數(shù)值。

有源鉗位電路：有源鉗位電路通過一個(gè)有源開關(guān)(如 MOS 管)和相關(guān)的控制電路來實(shí)現(xiàn)對漏感能量的有效回收和振蕩抑制。在功率管關(guān)閉時(shí)，有源開關(guān)導(dǎo)通，將漏感能量轉(zhuǎn)移到輸出端或其他儲能元件中，避免能量在振蕩回路中消耗。有源鉗位電路相比 RCD 緩沖電路，能夠更有效地提高電源效率，減少功率損耗，同時(shí)對振蕩的抑制效果也更好。然而，有源鉗位電路的設(shè)計(jì)和控制相對復(fù)雜，成本較高，需要精確的控制電路來確保有源開關(guān)的正確動作。

改進(jìn)變壓器設(shè)計(jì)

降低漏感：變壓器漏感是產(chǎn)生振蕩的主要原因之一，因此降低漏感是減少振蕩的關(guān)鍵。在變壓器設(shè)計(jì)過程中，可以采用一些特殊的繞制工藝，如交錯繞制、三明治繞法等。交錯繞制是將初級和次級繞組交替繞制，減少繞組之間的耦合不良，從而降低漏感;三明治繞法則是將初級繞組分成兩部分，中間夾著次級繞組，這種繞法能夠有效減小漏感。此外，選擇合適的磁芯材料和結(jié)構(gòu)，也有助于降低漏感。例如，采用高磁導(dǎo)率的磁芯材料，能夠提高磁路的導(dǎo)磁性能，減少漏磁，進(jìn)而降低漏感。

優(yōu)化磁芯氣隙：磁芯氣隙的大小會影響變壓器的電感量和漏感。適當(dāng)調(diào)整磁芯氣隙，可以優(yōu)化變壓器的性能，減少振蕩。氣隙過小可能導(dǎo)致磁芯飽和，增加漏感和損耗;氣隙過大則會降低電感量，影響電源的輸出特性。通過精確計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，確定合適的磁芯氣隙，可以在保證變壓器正常工作的前提下，降低漏感，減少振蕩。

合理布局 PCB

縮短功率回路：在 PCB 布局時(shí)，應(yīng)盡量縮短功率管、變壓器和其他功率元件之間的連線，減小功率回路的面積。因?yàn)楣β驶芈访娣e越大，寄生電感和寄生電容就越大，越容易引發(fā)振蕩。將功率管和變壓器靠近放置，并使用短而粗的導(dǎo)線連接，可以有效降低寄生參數(shù)，減少振蕩。

優(yōu)化布線：合理規(guī)劃 PCB 的布線，將敏感信號線路與功率線路分開，避免相互干擾。對于 DS 引腳的布線，要盡量減少其與其他線路的平行長度，防止信號耦合。同時(shí)，為了減少寄生電容，應(yīng)避免在 DS 引腳附近布置過多的過孔和其他金屬線路。此外，可以在 DS 引腳周圍設(shè)置接地平面，起到屏蔽和降低寄生參數(shù)的作用。

選擇合適的功率管

不同型號的功率管具有不同的寄生參數(shù)和開關(guān)特性。在選擇功率管時(shí)，應(yīng)盡量選擇結(jié)電容小、開關(guān)速度快且開關(guān)損耗低的功率管。結(jié)電容小可以減少振蕩回路中的電容分量，降低振蕩的幅度;開關(guān)速度快能夠縮短功率管的開關(guān)時(shí)間，減少能量在振蕩過程中的損耗;開關(guān)損耗低則可以降低功率管的發(fā)熱，提高電源的效率和可靠性。例如，一些新型的碳化硅(SiC)功率管，相比傳統(tǒng)的硅基功率管，具有更小的結(jié)電容和更快的開關(guān)速度，在反激電源中使用可以有效減少振蕩。

反激電源中功率管關(guān)閉時(shí) DS 引腳上的振蕩問題需要從多個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮和解決。通過優(yōu)化緩沖電路設(shè)計(jì)、改進(jìn)變壓器設(shè)計(jì)、合理布局 PCB 以及選擇合適的功率管等措施，可以有效地減少振蕩，提高反激電源的性能和可靠性。在實(shí)際的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的電路參數(shù)和應(yīng)用場景，靈活運(yùn)用這些方法，并通過實(shí)驗(yàn)和仿真進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，以達(dá)到最佳的效果。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，未來還可能會出現(xiàn)更多新的技術(shù)和方法來解決這一問題，為反激電源的發(fā)展提供更有力的支持。