反激电源如何减少功率管关闭时的 DS 引脚上的振荡?

在反激电源的设计与应用中，功率管关闭时 DS 引脚上出现的振荡是一个常见且不容忽视的问题。这种振荡不仅会产生电磁干扰(EMI)，影响周边电子设备的正常运行，还可能导致功率管的额外功耗增加，甚至缩短功率管的使用寿命，降低反激电源的整体性能和可靠性。因此，采取有效的措施减少这种振荡至关重要。

振荡产生的原因分析

漏感能量的释放

反激电源中的变压器存在漏感，当功率管关闭瞬间，储存在漏感中的能量无法通过正常的磁路释放，会产生一个与原电压方向相反的感应电动势。这个感应电动势与电路中的寄生电容(如功率管的结电容、PCB 布线寄生电容等)相互作用，形成一个 LC 振荡回路，从而导致 DS 引脚上出现振荡。

寄生参数的影响

除了漏感，电路中的寄生电容和寄生电阻也对振荡起着重要作用。寄生电容会储存电荷，在功率管状态变化时，电荷的充放电过程会引发电压的波动。而寄生电阻则会在振荡过程中消耗能量，影响振荡的幅度和衰减速度。例如，功率管的输出电容和变压器初级绕组的分布电容，它们在功率管关闭时会与漏感共同作用，加剧振荡的产生。

减少振荡的具体措施

优化缓冲电路设计

RCD 缓冲电路：RCD 缓冲电路是一种常用的抑制振荡的方法。它由一个电阻(R)、一个电容(C)和一个二极管(D)组成。在功率管关闭时，漏感产生的感应电动势通过二极管对电容充电，将能量储存到电容中，电阻则用于消耗电容中的能量，使电容电压逐渐降低，从而抑制振荡。合理选择 R、C、D 的参数至关重要，电容过大可能导致功率管开通时的电流冲击过大，电容过小则无法有效抑制振荡;电阻过大则能量消耗慢，电阻过小则功率损耗大。一般来说，需要根据具体的电路参数和功率管的特性，通过实验或仿真来确定最佳的参数值。

有源钳位电路：有源钳位电路通过一个有源开关(如 MOS 管)和相关的控制电路来实现对漏感能量的有效回收和振荡抑制。在功率管关闭时，有源开关导通，将漏感能量转移到输出端或其他储能元件中，避免能量在振荡回路中消耗。有源钳位电路相比 RCD 缓冲电路，能够更有效地提高电源效率，减少功率损耗，同时对振荡的抑制效果也更好。然而，有源钳位电路的设计和控制相对复杂，成本较高，需要精确的控制电路来确保有源开关的正确动作。

改进变压器设计

降低漏感：变压器漏感是产生振荡的主要原因之一，因此降低漏感是减少振荡的关键。在变压器设计过程中，可以采用一些特殊的绕制工艺，如交错绕制、三明治绕法等。交错绕制是将初级和次级绕组交替绕制，减少绕组之间的耦合不良，从而降低漏感;三明治绕法则是将初级绕组分成两部分，中间夹着次级绕组，这种绕法能够有效减小漏感。此外，选择合适的磁芯材料和结构，也有助于降低漏感。例如，采用高磁导率的磁芯材料，能够提高磁路的导磁性能，减少漏磁，进而降低漏感。

优化磁芯气隙：磁芯气隙的大小会影响变压器的电感量和漏感。适当调整磁芯气隙，可以优化变压器的性能，减少振荡。气隙过小可能导致磁芯饱和，增加漏感和损耗;气隙过大则会降低电感量，影响电源的输出特性。通过精确计算和实验，确定合适的磁芯气隙，可以在保证变压器正常工作的前提下，降低漏感，减少振荡。

合理布局 PCB

缩短功率回路：在 PCB 布局时，应尽量缩短功率管、变压器和其他功率元件之间的连线，减小功率回路的面积。因为功率回路面积越大，寄生电感和寄生电容就越大，越容易引发振荡。将功率管和变压器靠近放置，并使用短而粗的导线连接，可以有效降低寄生参数，减少振荡。

优化布线：合理规划 PCB 的布线，将敏感信号线路与功率线路分开，避免相互干扰。对于 DS 引脚的布线，要尽量减少其与其他线路的平行长度，防止信号耦合。同时，为了减少寄生电容，应避免在 DS 引脚附近布置过多的过孔和其他金属线路。此外，可以在 DS 引脚周围设置接地平面，起到屏蔽和降低寄生参数的作用。

选择合适的功率管

不同型号的功率管具有不同的寄生参数和开关特性。在选择功率管时，应尽量选择结电容小、开关速度快且开关损耗低的功率管。结电容小可以减少振荡回路中的电容分量，降低振荡的幅度;开关速度快能够缩短功率管的开关时间，减少能量在振荡过程中的损耗;开关损耗低则可以降低功率管的发热，提高电源的效率和可靠性。例如，一些新型的碳化硅(SiC)功率管，相比传统的硅基功率管，具有更小的结电容和更快的开关速度，在反激电源中使用可以有效减少振荡。

反激电源中功率管关闭时 DS 引脚上的振荡问题需要从多个方面进行综合考虑和解决。通过优化缓冲电路设计、改进变压器设计、合理布局 PCB 以及选择合适的功率管等措施，可以有效地减少振荡，提高反激电源的性能和可靠性。在实际的设计和应用中，需要根据具体的电路参数和应用场景，灵活运用这些方法，并通过实验和仿真进行优化和验证，以达到最佳的效果。随着电子技术的不断发展，未来还可能会出现更多新的技术和方法来解决这一问题，为反激电源的发展提供更有力的支持。