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第30卷 第33期 2010年11月25日 中 国 电 机 工 程 学 报

Proceedings of the CSEE Vol.30 No.33 Nov.25, 2010 ©2010 Chin.Soc.for Elec.Eng.

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文章编号：0258-8013 (2010) 33-0009-07 中图分类号：TM 464 文献标志码：A 学科分类号：470·40

RCD钳位反激变换器的回馈能耗分析及设计考虑

刘树林，曹晓生，马一博

（西安科技大学电气与控制工程学院，陕西省 西安市 710054）

Design and Analysis on Feedback Energy Loss of RCD Clamping Flyback Converters

LIU Shulin, CAO Xiaosheng, MA Yibo

(School of Electircal and Control Engineering, Xi’an University of Science & Technology, Xi’an 710054, Shaanxi Province, China) ABSTRACT: The energy transfer process of the flyback converter with RCD clamp circuit was analyzed. It was concluded that the clamp voltage (UC) of the clamp capacitor must be higher than the feedback voltage (Uf) to avoid too much energy loss resulted from the feedback voltage providing energy to the RCD clamp circuit during the period of switch turn-off. The expression of the feedback energy (Wf) generated by the feedback voltage (Uf) was deduced. It was indicated that Wf decreases with the increment of UC, moreover, the total energy loss caused by the RCD clamp circuit is equal to the summation of Wf and Wlk, the energy from the leakage inductor. Let Wf=Wlk, the critical clamp voltage of the clamp capacitor, UCK=2.6Uf, can be obtained. On this basis, the design methods for the element parameters of the RCD clamp circuit were proposed. The validity of the theoretical analysis and the feasibility of the proposed design methods were verified with the simulation and experimental results.

KEY WORDS: flyback converter; RCD clamp circuit; feedback voltage; feedback energy ; critical clamp voltage 摘要：对RCD钳位反激变换器的能量传输过程进行深入分析，指出为避免反馈电压Uf在整个开关管关断期间向RCD钳位电路提供能量而增大能耗，钳位电容电压UC必须大于Uf ；推导得出反馈电压产生的回馈能量Wf的解析表达式，并指出Wf随着UC的增加而减小，且RCD钳位电路的总能耗等于Wf与变压器漏感储能Wlk之和。令Wlk与Wf相等，得出钳位电容的临界钳位电压UCK=2.6 Uf，并指出当UC大于UCK时，回馈电压产生的能量将小于Wlk，并以此作为确定钳位电容电压UC的依据，得出RCD钳位电路元件参数的设计方法。给出实例，通过仿真和实验结果，验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。

基金项目：国家自然科学基金项目(50977077)；国家科技部专项(2009GJG00020)。

Project Supported by National Natural Science Foundation of China (50977077); Project Supported by Special Foundation of ministry of science and technology (2009GJG00020).

关键词：反激变换器；RCD钳位电路；反馈电压；回馈能量；临界钳位电压

0 引言

反激变换器无需输出滤波电感和续流二极管，

易于实现多路输出，具有体积小、成本低、可靠性高等特点，在中小功率领域得到广泛应用[1]，特别适合用作各类控制系统的辅助电源。但是，由于变压器漏感的存在，反激变换器在开关管关断瞬间会产生很大的尖峰电压，使得开关管承受较高的电压应力，甚至可能导致开关管损坏[2-3]。因此，为确保反激变换器安全可靠工作，必须引入钳位电路吸收漏感能量。钳位电路可分为有源[4-8]和无源[9-13]钳位电路两类，其中无源钳位电路因不需控制和驱动电路而被广泛应用。在无源钳位电路中，RCD钳位电路因结构简单、体积小、成本低而倍受青睐[14-15]。

文献[16]分析了变压器寄生参数对反激变换器的影响，并提出了通过对变压器绕组方法的改进和绕组位置布局的优化可减小漏感，从而抑制漏感尖峰；文献[17]根据经验来设计RCD钳位电路，即从已确定的印制电路板、变压器、功率开关以及整流器的参数来构建钳位电路雏形；文献[18-19]采用的设计方法也是只考虑了对变压器原边漏感能量的吸收。但理论分析和实验结果都表明：在RCD钳位反激变换器的反激期间，除了漏感外，反馈电压也会向RCD钳位电路提供能量，而传统的分析和设计方法未能对反馈电压产生的回馈能耗进行深入研究，使得应用传统知识设计得到的钳位电阻和电容难以充分吸收漏感能量。因此，要使RCD钳位电路有效起到钳位作用，除了考虑变压器漏感的影响外，还必须考虑到变压器副边反馈电压产生的回馈能耗。