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反激电源MOS管两次振铃现象产生原因？

时间：2021-05-24 09:55:06 来源：硬件大熊

本周在技术交流群中有群友抛出这么一个问题:反激电源MOS D-S之间电压波形产生的原因?

这是一个典型的问题,本质原因就是功率级寄生电容、电感引起的谐振,然而几天后我发现,当时我并没有充分理解问题,这位朋友所要了解的问题其实应细化为:为什么会有两次谐振,谐振产生的模型是怎样的?

如下为反激式电源实现方案,该方案采用初级侧稳压(PSR)技术,

Q1导通时,变压器初级电感存储能量,输出续流二极管Dfly反向偏置,Cout输出能量给负载;

Q1关断时,变压器初级线圈释放能量,输出续流二极管正向偏置,向输出端提供电能;

开关电源产生振铃的主要原因在于非理想器件存在功率级寄生电容、电感。所谓谐振,即:在MOS管开通、关断切换的过程中,寄生电感将能量传递给寄生电容进行充电,充电结束后寄生电容又释放电能给寄生电感储能,如此循环往复。

群友发出的图片中,有2次谐振,

第一次谐振

该谐振产生的时间点在MOS管关断的瞬间,等效谐振电路如下:

Loop:初次级间的漏电感、初级励磁电感、功率MOSFET封装电感之和

Coss:MOS管寄生电容、线路寄生电容

第二次谐振

这是开关电源DCM模式特有的一个振铃现象,

此处你必须要了解开关电源电感如下两种模式:

CCM:连续导通模式,次级端反射电流在MOS通断,变压器线圈换相期间不会到达0;

DCM:断续导通模式,次级端反射电流在MOS通断,变压器线圈换相期间到达0。

在DCM模式下,当MOS管关断,且在次级反射电流消耗为0之前,次级线圈输出相位的电压高于实际输出电压;当反射电流消耗为0,即次级线圈电流消耗为0时,实际输出电压由输出电容提供,此时次级输出相位的电压等于0,在次级输出相位电压由高于输出电压到等于0的变化过程中,会出现电压的衰减振荡,而该衰减振荡会耦合到初级线圈并加载在MOS与线圈连接的开关节点处。

由于该谐振给MOS管的寄生电容充电,若MOS在此时导通,则可能碰到寄生电容电位被充到较高的时刻,此时寄生电容所充电的能量若被直接导到GND会造成MOS管的导通损耗,针对该问题,诞生出了准谐振技术,即:DCM模式下,初级侧MOS在开关节点谐振电压摆幅的谷底附近导通。


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