反激开关电源RCD钳位电路的工作原理
以下文章来自段段旭旭，作者段段
“反激式开关电源为什么总是烧MOS管？原边添加的RCD电路起什么作用，或者说是如何工作的？”
反激式开关中一般有两个缓冲电路。一是RCD缓冲电路。 MOSFET关断时钳位反激原边MOSFET峰值电压，保护功率管；另一种是当MOSFET导通时，限制整流二极管的峰值电压，以减小振荡幅度。
01问题的根源
要了解RCD钳位，首先要了解它解决什么问题。问题出在变压器的漏感上。
理想变压器：当初级开关关断时，变压器初级电感中存储的所有能量将通过磁耦合完美地转移到次级侧并供给负载。
实际变压器：由于制造工艺限制，变压器的初级和次级绕组不能100%耦合。总有一部分磁通量没有耦合到次级侧。与这部分“泄漏”磁通对应的电感就是漏感。
要点：漏感的能量无法转移到次级侧。当初级开关管（MOSFET）突然关断时，会产生两种后果：
1、主励磁电感的能量正常转移到副边。
2、漏感的能量无处可去，会导致初级绕组产生非常高、急剧上升的电压尖峰。
这个电压尖峰会叠加在MOSFET关断时已经承受的电压上（输入电压+反射电压）。公式大致为：
Vds=Vin + Vor + Vs
Vin：输入直流电压
Vor：从次级侧反射到初级侧的电压（Vor=(Np/Ns) * (Vo + Vf)）
Vs：漏感产生的电压尖峰
如果不加以限制，这个Vs很容易超过MOSFET的击穿电压Vds，从而对MOSFET造成永久性损坏。
02RCD钳位电路的工作原理
RCD钳位电路的核心功能是为漏感能量提供放电路径并吸收该电压尖峰，从而将MOSFET的漏源电压Vds钳位在安全范围内。
它的主要目标是保护MOSFET，而不是提高效率（实际上它会降低效率，因为它消耗能量）。
我们来分解一下电路的工作过程。下图所示为RCD钳位电路的典型连接方法：
（这是简化原理图，C1、R1、D1组成RCD钳位网络）
工作流程分解：
1、开关导通阶段（Ton）：
MOSFET导通，输入电压Vin加到初级电感（励磁电感+漏感）上。
电流线性上升，能量储存在变压器中（包括励磁能量和漏感能量）。
钳位二极管D1由于阴极电压高于阳极电压而反向偏置并截止。在此期间RCD电路不工作。
2. 开关关闭瞬间（Toff开始）：
MOSFET 快速关断。
初级电流急剧下降。磁化电感器试图维持电流，导致初级电压反转极性（“反激”）。
此时，次级绕组电压的极性变为正上、负下，输出二极管导通，励磁电感的能量开始转移到次级侧（绿色箭头）。
然而，由于漏感器的能量无法耦合到次级侧，因此它将产生极高的反电动势（电压尖峰）以试图维持其电流路径。该尖峰导致MOSFET 的漏极电压Vds 急剧上升。
3、夹紧动作阶段：
当Vds 上升到(Vin + Vc1) 以上（其中“Vc1”是钳位电容器“C1”两端的电压）时，钳位二极管“D1”变为正向偏置并导通。
当导通时，“D1”为漏感电流提供低阻抗放电路径：漏感电流通过二极管“D1”对钳位电容器“C1”充电（蓝色箭头）。
在此过程中，漏感的能量被转移并存储在电容器“C1”中。由于电容器的电压不能突然变化，因此它可以有效地吸收电压尖峰，将“Vds”的最大电压限制在“Vin + Vc1 + Vf”左右（“Vf”是二极管的导通压降）。
4、能源消耗阶段：
在开关周期的剩余关断时间内，或在下一个开关打开之前，新充电的钳位电容器“C1”将通过电阻器“R1”放电（黄色箭头）。
电容器中存储的能量（即从漏感吸收的能量）最终在电阻器R1 中以热量的形式耗散。
总结一下这个周期：
漏感产生尖峰- 二极管导通- 电容器吸收能量（钳位电压） - 电阻器耗散能量- 为下一个钳位做好准备。
钳位电容（Cclamp）：吸收能量并使钳位电压平滑。它的大小决定了吸收能量时电压如何波动（纹波）。
钳位电阻（Rclamp）：消耗电容器中存储的能量。
钳位二极管(Dclamp)：提供快速传导路径并防止电容器通过变压器放电。
五、总结及要点
核心功能：RCD钳位是一种消耗型缓冲电路，通过以热量的形式耗散危险的漏感能量来保护功率开关管。
钳位电压：MOSFET 关断时的峰值电压约为“Vdsmax Vin + Vor + Vs”。设计时，需要通过适当选择“R1”来设置“Vs”，以确保“Vdsmax”比MOSFET的额定电压“Vdss”留有足够的余量（如20-30%）。
与TVS钳位的区别：TVS管（瞬态电压抑制二极管）也可用于钳位，但它有固定的击穿电压。 RCD的优点是其钳位水平可以通过“R”和“C”灵活调节，并且可以吸收更大的能量。
效率影响：RCD 钳位电路会消耗能量，从而降低电源的整体效率。在追求高效率的应用中，可以考虑更复杂的电路（例如有源钳位）来回收漏感能量，而不是简单地消耗它。
希望这篇详细的讲解能够帮助您彻底理解反激式开关电源中的RCD钳位原理。
