反激變換器電流尖峰分析

最近分析下反激電流波形存在尖峰原因，并將相應(yīng)分析過程記錄如下，歡迎大家討論。

反激變換器雖然說是只有兩個模態(tài)，但是在考慮分布參數(shù)和器件特性的時候，就有四個模態(tài)咯。

現(xiàn)象: 原邊電流波形存在一個正向尖峰和一個震蕩波形。(注意：該震蕩對應(yīng)著開關(guān)管關(guān)斷電壓的震蕩)

下圖為反激變換器CCM模式，原副邊電流尖峰，可以明顯看到，副邊電流尖峰是由于二極管反向恢復(fù)過程產(chǎn)生的。DCM模式下，副邊電流提前為零，則不存在二極管反向恢復(fù)過程引起的反向尖峰電流。

畫出反激變換器含分布參數(shù)的等效電路圖，如下圖所示。

Cp：變壓器原邊等效電容

Cps：原副邊繞組分布電容

Cds：開關(guān)管漏源之間寄生電容

Lo：PCB寄生電感

Lk：變壓器漏感

Lm：變壓器激磁電感

1、當開關(guān)管處于截止狀態(tài)時

CCM：激磁電感Lm通過變壓器向負載供電

副邊二極管處于導通狀態(tài)

變壓器原邊繞組電容Cp的電壓為副邊反射電壓(n*Uo)電壓極性為上負下正

開關(guān)管漏源寄生電容Cds的電壓為Ui+n*Uo

DCM：激磁電感Lm向負載放電提前結(jié)束

Lm，Lk，Cds，Cp發(fā)生諧振

2、當開關(guān)管從截止向?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn)化時(第一個正向尖峰電流產(chǎn)生原因)

二極管正向?qū)〞r：部分電子和空穴未被抵消，N區(qū)存儲了空穴，P區(qū)存儲了電子。正向電流越大，存儲的空穴或者電子數(shù)量就越多。這叫做電荷存儲效應(yīng)。

二極管突然施加反壓時：N區(qū)空穴回到P區(qū)，P區(qū)電子回到N區(qū)，形成反向恢復(fù)電流。[3]

下圖為原邊尖峰電流回路及來源：

副邊二極管從導通向截止狀態(tài)轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生反向恢復(fù)電流，該電流通過變壓器，耦合到原邊。

在上一個狀態(tài)，Cp的電壓等效為電壓源，當開關(guān)導通時，Cp電壓不能突變，Cp與Lo發(fā)生諧振。

在上一個狀態(tài)，Cds的電壓等效為電壓源，當開關(guān)導通時，Cds電壓不能突變，Cds向開關(guān)管放電。

3、當開關(guān)管處于導通狀態(tài)時

此時，Cp上的電壓為Uo，Cds上的電壓為0。

4、當開關(guān)管從導通向截止狀態(tài)轉(zhuǎn)化時(關(guān)斷電流震蕩產(chǎn)生原因)

Lk與Cds，Cp，Cps(變壓器繞組間的寄生電容)，二次側(cè)二極管二極管上的RC吸收網(wǎng)絡(luò)的電容反射到一次側(cè)的等效寄生電容，PCB布局走線和散熱器中寄生電容等其他寄生電容發(fā)生諧振[1]。Lk在與C諧振之前，電路的寄生電感Lo先與C發(fā)生諧振，接著Lk再參與諧振[2]。

此時，開關(guān)管上會產(chǎn)生很嚴重的電壓尖峰，并伴隨著震蕩。

DCM模式下，在后面Lm，Lk會一起參與諧振。

5、開關(guān)管完全導通上升時間

在同一變換器參數(shù)情況下，開關(guān)管開通時間越長，則第二模態(tài)持續(xù)時間越長，放電產(chǎn)生尖峰電流越大。