反激式開關電源電壓電流波形解析
一、反激開關電源組成概述
反激式開關電源主要由電源輸入電路、MOS 驅(qū)動電路、RCD 吸收電路、電源輸出電路以及電壓反饋控制電路構成。
二、DCM 穩(wěn)態(tài)下關鍵點波形分析（不涉及具體元件參數(shù)數(shù)值）
（一）MOS 管導通與關斷時的能量傳遞
當 MOS 管 Q1 導通時，變壓器 L1 的初級繞組開始充電，能量存儲于初級繞組中。而在 MOS 管關斷瞬間，初級繞組中存儲的能量迅速向次級繞組傳遞，這一過程實現(xiàn)了能量從初級到次級的轉(zhuǎn)換，為后續(xù)的電源輸出奠定了基礎。
（二）MOS 管驅(qū)動電路相關波形
左圖示波形 ：展示了 MOS 管驅(qū)動電路相關的典型波形（電流不連續(xù)模式 DCM 下），其中 Uin 對應原理圖中的 V1，Ugs 對應 A 點電壓波形。從該波形圖可以直觀地觀察到驅(qū)動信號與 MOS 管電壓之間的時序關系以及電壓變化趨勢。
右圖實測波形 ：呈現(xiàn)了某反激開關電源在實際工作情況下的初級繞組電流以及 MOS 管 DS 壓降波形。通過對比理想示波形與實測波形，可以更好地理解電路的實際運行狀態(tài)和特性。
（三）Uds 波形的振蕩現(xiàn)象
左圖的 Uds 波形中存在兩處振蕩波形，分別由初級繞組漏感 Llk 與 MOS 管寄生電容 Coss 的諧振，以及初級繞組電感 Lm 與 MOS 管寄生電容 Coss 的諧振產(chǎn)生。由于初級繞組漏感 Llk 相比初級繞組電感 Lm 小很多（通常為后者的 1% 至 5%），因此第一處諧振波形的頻率顯著高于第二處。第一處電壓諧振波形會逐漸恢復至穩(wěn)定狀態(tài)，此時 Uds 電壓幅值對應次級反射電壓。當?shù)诙庨_始諧振時，MOS 管處于斷態(tài)，輸出二極管也處于斷態(tài)，次級繞組電流為零。
在此電路中，電感和電容串聯(lián)諧振的基本模型表現(xiàn)為：在諧振頻率下，電感和電容的阻抗相互抵消，整個回路中只剩下線路寄生電阻。電感向電容充電，隨后電容又向電感充電，能量在電感和電容之間往復循環(huán)，由于能量難以迅速消耗，從而形成了諧振電壓波形。
（四）RCD 吸收電路波形
當 MOS 管關斷時，RCD 吸收電路發(fā)揮關鍵作用，用于吸收 MOS 管 DS 兩端可能出現(xiàn)的電壓尖峰。這可以有效防止 MOS 管 D 極因 Uds 電壓尖峰而遭受擊穿損壞，或者避免對 MOS 管的使用壽命產(chǎn)生不利影響。
鉗位電容電壓 Uc ：Uc 表示鉗位電容 C2 兩端的電壓，其電壓值應當被控制在設計的 Uclamp 鉗位電壓設計值以內(nèi)（已忽略二極管正向?qū)▔航担⑶覞M足 Uclamp + Uin＜80%×MOS 管 DS 耐壓這一安全設計要求。
實測波形細節(jié) ：在右圖中，V 軸幅值并非以 0V 為起始點，而是以 Uin 為起始點。
當電壓上升時，對應 MOS 管關斷的初始時刻，此時 Uds 電壓尖峰通過二極管 D3 向電容 C2 進行充電（見電流路徑 ①）。
隨后，當 Uds 電壓尖峰低于電容電壓時，二極管 D3 截止，電容 C2 開始向電阻放電（見電流路徑 ②）。
當電壓上升時，對應 MOS 管關斷的初始時刻，此時 Uds 電壓尖峰通過二極管 D3 向電容 C2 進行充電（見電流路徑 ①）。
隨后，當 Uds 電壓尖峰低于電容電壓時，二極管 D3 截止，電容 C2 開始向電阻放電（見電流路徑 ②）。
（五）電源輸出電路波形
當電源處于穩(wěn)態(tài)運行時：
ton 時刻（MOS 管導通） ：初級繞組的電感電流呈線性增加趨勢。此時，電容 Co 向負載 RL 供電，對應的電容放電電流路徑為 Ic1。由于反激開關電源所用變壓器的初級繞組和次級繞組的同相端相反，在 ton 時刻，初級繞組為了抑制電流過大，其感應電壓呈上正下負狀態(tài)，而側(cè)邊繞組 Lp 的感應電壓則呈上負下正狀態(tài)，使得二極管 D1 處于截止狀態(tài)。
toff 時刻（MOS 管關斷） ：初級繞組存儲的能量開始向次級繞組傳送。初級繞組為了維持原電流方向，其感應電壓變?yōu)樯县撓抡渭壚@組的感應電壓則變?yōu)樯险仑摚O管 D1 因此處于導通狀態(tài)，次級繞組通過二極管 D1 向電容 Co 和負載 RL 供電。
右下圖展示了某開關電源輸出電壓紋波電壓的實際測量結果。在 ton 時刻，電容 Co 兩端電壓波形對應 Ic1 電流的放電時間；在 toff 時刻，電容 Co 兩端電壓波形則對應 Ic2 電流的充電時間。
（六）電壓反饋控制電路波形
在電壓反饋控制電路中，通常會采用開環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的伯德圖，并結合伯德圖的穩(wěn)定性判據(jù)來評估和判斷開關電源的穩(wěn)定性。
幅值裕度與相位裕度 ：足夠的幅值裕度和相位裕度是確保開關電源性能的關鍵指標。如果幅值裕度和相位裕度不足，開關電源系統(tǒng)的動態(tài)響應特性可能會變差，甚至可能導致輸出電壓出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，影響電源的穩(wěn)定性和可靠性。
實際案例 ：下圖展示了一個開關電源電壓控制頻率補償回路傳遞函數(shù)的伯德圖實例。從圖中可以看出，相位裕度大于 90°，低頻增益為 40dB，中頻增益為 20dB。經(jīng)過實際測試，該開關電源的輸出電壓保持穩(wěn)定，且具有良好的動態(tài)響應特性，這充分驗證了在電壓反饋控制電路設計中考慮足夠的幅值裕度和相位裕度的重要性。
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