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反激式开关电源漏极钳位保护电路设计方案 　　开关电源漏极钳位保护电路的作用是当功率开关管(MOSFET)关断时，对由高频变压器漏感所形成的尖峰电压进行钳位和吸收，以防止MOSFET因过电压而损坏。散热器的作用则是将单片开关电源内部产生的热量及时散发掉，避免因散热不良导致管芯温度超过最高结温，使开关电源无法正常工作，甚至损坏芯片。 　　下面分别阐述漏极钳位保护电路和散热器的设计要点、设计方法及注意事项。 　　1 设计开关电源漏极钳位保护电路的要点及实例 　　在“输入整流滤波器及钳位保护电路的设计”一文中(详见电源技术应用2009年第12期)，介绍了反激式开关电源漏极钳位保护电路的工作原理。下面以最典型的一种漏极钳位保护电路为例，详细阐述其设计要点及设计实例。 　　1)设计实例 　　采用由瞬态电压抑制器TVS(P6KE200，亦称钳位二极管)、阻容吸收元件(钳位电容C和钳位电阻R 1)、阻尼电阻(R 2)和阻塞二极管(快恢复二极管FR106)构成的VDZ、R、C、VD型漏极钳位保护电路，如图1所示。选择TOPswitch-HX系列 TOP258P芯片，开关频率f=132kHz，u=85~265V，两路输出分别为UO1(+12V、2A)、UO2(+5V、2.2A)。P O=35W，漏极峰值电流I P=I LIMIT=1.65A.实测高频变压器的一次侧漏感L 0=20μH。 　　图1 最典型的一种漏极钳位保护电路 　　2)设计要点及步骤 　　(1)选择钳位二极管。 　　采用P6KE200型瞬态电压抑制器(TVS)，钳位电压UB=200V。 　　(2)确定钳位电压的最大值UQ(max)。 　　令一次侧感应电压(亦称二次侧反射电压)为UOR ，要求： 　　1.5U OR≤U Q(max)≤200V 　　实际可取U Q(max)=U B=200V. 　　(3)计算最大允许漏极电压U D(max) 　　为安全起见，U D ( max)至少应比漏-源极击穿电压7 00V留出5 0V的余量。这其中还考虑到P6KE200具有0.108%/℃的温度系数，当环境温度T A=25℃时，U B=200V;当T A=100℃时，UB=200V×[(1+0.108)%/℃]×100℃=221.6V，可升高21.6V。 　　(4)计算钳位电路的纹波电压。 　　URI=0.1U Q(max)=0.1U B=0.1×200V=20V 　　(5)确定钳位电压的最小值U Q(min) 　　UQ(min) =UQ(max) -URI=U B-0.1U B=90%U B=180V 　　(6)计算钳位电路的平均电压。 　　(7)计算在一次侧漏感上存储的能量E L0 　　(8)计算被钳位电路吸收的能量EQ 　　当1.5W≤P O≤50W时，E Q=0.8E L0=0.8×27.2μJ=21.8μJ 　　注意：当P O50W时，E Q=E L0=27.2μJ.当P O1.5W时，不要求使用钳位电路。 　　(9)计算钳位电阻R1 　　式中，U Q的量纲为[L]2[M][T]-3[I] -1 ，f的量纲为[T] -1 ，R 1的量纲为[L]2[M] [T]-3[I]-2 　　(10)计算钳位电容C 　　式中，E Q的量纲为[L]2[M][T] -2 ，U Q的量纲为[L]2[M][T] -3 [I] -1 ，C 的量纲为[L][M]2[T] -3[I] -2 　　(11)选择钳位电容和钳位电阻。 　　令由R 1、C确定的时间常数为τ： 　　将U Q(max) =U B、U Q(min) =90%U B、 =0.95UB和f=132kHz一并代入上式，化简后得到： 　　τ=R 1C =9.47/f=9.47T (μs) 　　这表明R 1、C 的时间常数与开关周期有关，在数值上它就等于开关周期的9 。 4 7倍。当f=132kHz时，开关周期T =7.5μs，τ=9.47×7.5μs=71.0μs. 　　实取钳位电阻R 1=1 5 kΩ，钳位电容C =4.7nF.此时τ=70.5μs. 　　当钳位保护电路工作时，R 1上的功耗为： 　　考虑到钳位保护电路仅在功率开关管关断所对应的半个周期内工作，R 1的实际功耗大约为1.2W(假定占空比为50%)，因此可选用额定功率为2W的电阻。 　　令一次侧直流高压为U I(max)。钳位电容的耐压值U C1.5U Q(max) +U I(max)=1.5×200V+265V×=674V.实际耐压值取1kV. 　　(12)选择阻塞二极管VD 　　要求反向耐压U BR≥1.5U Q(max) =300V 　　采用快恢复二极管FR106(1A/800V，正向峰值电流可达30A)。要求其正向峰值电流远大于IP(这里为30A1.65A)。 　　说明：这里采用快