在开关电源设计中，反激式转换器因结构简单、成本较低以及适用功率范围较广，被广泛应用于适配器、充电器以及各种辅助电源中。

不过，在实际电路工作过程中，MOSFET 关断瞬间往往会出现明显的漏极电压尖峰。如果尖峰电压过高，不仅会增加器件的电压应力，还可能使 MOSFET 进入雪崩状态。因此，在反激式转换器中，如何有效抑制关断尖峰，是电源设计过程中非常重要的一环。

一、为什么 MOSFET 关断时会出现高电压



反激式转换器的基本工作过程可以简单理解为两个阶段。

当初级 MOSFET 导通时，输入电压加在变压器初级绕组上，磁化电感中的电流逐渐增加，能量被储存在磁场中。

当 MOSFET 关断后，初级电流被迫改变路径，变压器储存的能量通过次级绕组传递到输出端。

理想情况下，MOSFET 关断后的漏极电压主要由输入电压和输出电压反射值决定，也就是通常所说的复位电压 Vreset。

但实际变压器并不是理想器件，初、次级绕组之间存在漏电感。MOSFET 关断的一瞬间，漏电感中的电流无法突变，因此会产生额外的感应电压。

结果就是：

MOSFET 漏极电压 = 输入电压 + 反射电压 + 漏电感产生的尖峰电压

如果不采取措施，这个尖峰可能达到 MOSFET 耐压范围之外，从而引发雪崩击穿甚至器件损坏。

二、RCD 缓冲电路如何限制尖峰

工程中比较常见的方法，是在 MOSFET 漏极与变压器初级之间加入 RCD 缓冲网络。

典型电路由二极管 D1、电阻 R24 和电容 C6 构成。

MOSFET 关断后，漏电感产生的尖峰电压使 D1 导通，多余的能量被转移到缓冲电容 C6 中，随后再通过电阻 R24 消耗掉。

因此，RCD 缓冲电路实际上完成了两个任务：

  1. 限制 MOSFET 漏极峰值电压

  2. 将漏电感中的能量转化为电阻上的热损耗

这里存在一个非常重要的设计权衡。

如果 R24 的阻值较小，电容中的能量可以更快释放，钳位电压会降低，MOSFET 所承受的峰值电压也随之下降。

但与此同时，缓冲电路消耗的功率会增加。

反过来，如果提高电阻值，缓冲器的功耗可以降低，但钳位电压会升高，MOSFET 的电压应力也会增加。

因此，RCD 缓冲器并不是简单地追求“钳位电压越低越好”。

三、漏电感为什么会影响转换效率



进一步分析 MOSFET 关断过程，可以发现漏电感不仅会产生电压尖峰，还会造成能量损失。

MOSFET 导通期间，输入电流同时流经漏电感和互感部分，电流逐渐增加。

当 MOSFET 突然关断时，漏电感中的电流仍然需要继续流动。由于电流不能瞬间降为零，这部分能量就会首先进入 RCD 缓冲网络。

在这一瞬间，次级整流二极管的电流并不会立即完全建立，而漏电感中的能量则会优先通过钳位支路释放。

因此，漏电感相当于从原本应该传递到输出端的能量中“拿走”了一部分。

漏电感越大，储存的能量越多，缓冲电路需要处理的能量也越大，最终表现为更高的损耗。

这也是为什么反激式变压器设计中，降低漏电感对于提高效率具有重要意义。

四、钳位电压与缓冲器损耗之间的关系

RCD 缓冲器的设计中，还有一个容易被忽略的现象：

缓冲器的实际损耗并不简单等于漏电感每个周期储存的能量。

在一定条件下，可以通过平均钳位二极管电流与钳位电压之间的关系，对缓冲器功率进行估算。

随着钳位电压降低，漏电感中的能量释放时间会增加，更多能量可能从主功率传输路径转移到缓冲支路，最终由 RCD 电阻消耗。

也就是说：

降低钳位电压虽然能够减轻 MOSFET 的电压压力，却可能明显增加缓冲器自身的功耗。

这正是反激式电源设计中的一个典型折中。

五、Vclamp 与 Vreset 的比值非常关键

为了更加直观地分析这一问题，可以将钳位电压 Vclamp 与复位电压 Vreset 的比值作为一个重要参数。

当 Vclamp 相对较高时，漏电感中的能量能够在较短时间内完成释放，缓冲电路的额外损耗相对较小。

随着 Vclamp/Vreset 比值不断降低，漏电感能量释放过程发生变化，越来越多的能量会通过缓冲网络消耗。

因此，虽然降低钳位电压可以获得更好的 MOSFET 电压保护，但其代价可能是更高的功率损耗。

例如，当 Vclamp/Vreset 降低到约 1.5 时，缓冲器产生的损耗可能达到与漏电感储能损耗相关数值的数倍。

这说明，在实际设计中不能单纯以“尖峰越小越好”作为设计目标，而应该综合考虑 MOSFET 耐压、效率以及缓冲器温升等因素。

六、为什么漏电感通常只有磁化电感的一小部分

反激变压器的漏电感通常远小于磁化电感。在一些实际设计中，漏电感可能只有磁化电感的约 1%。

虽然从比例上看漏电感似乎很小，但由于开关频率较高，而且漏电感中的能量会在每一个开关周期重复产生，因此长期累积后的损耗仍然不可忽视。

这也是反激式电源中一个非常有代表性的现象：

一个看似很小的寄生参数，在高频、高重复次数的工作条件下，也可能成为影响效率的重要因素。

七、如何在实际设计中选择合适的钳位电压

设计 RCD 缓冲器时，一般需要在以下几个目标之间寻找平衡：

  • MOSFET 最大漏极电压不能超过安全范围

  • 尽可能降低漏电感造成的能量损耗

  • 控制 RCD 电阻的功率消耗

  • 避免缓冲电阻和二极管产生过高温升

  • 保证不同输入电压、负载以及温度条件下仍然可靠

因此，钳位电压并不是越低越好。

如果钳位电压设置得过低，MOSFET 的安全性虽然得到改善，但 RCD 缓冲器可能长期消耗大量功率，最终导致整机效率下降。

如果钳位电压设置得过高，则可能使 MOSFET 漏极峰值电压接近甚至超过器件耐压，增加雪崩风险。

比较合理的方法，是在器件耐压裕量、效率和温升之间进行综合优化。

八、总结

在反激式转换器中，MOSFET 关断尖峰的主要来源之一就是变压器的漏电感。

MOSFET 关断时，漏电感中的电流无法瞬间消失，从而产生额外的感应电压，使漏极电压超过正常的反射电压 Vreset。RCD 缓冲电路能够吸收这部分能量，从而限制 MOSFET 的峰值电压。

但需要注意的是，缓冲并不是没有代价的。

降低钳位电压可以减少 MOSFET 的电压应力，却可能增加 RCD 缓冲器的功率损耗；提高钳位电压则有利于降低缓冲损耗，但会增加 MOSFET 的电压应力。

因此，优秀的反激式电源设计并不是把尖峰压到最低，而是在器件可靠性、转换效率、温升以及成本之间找到合适的平衡点。

同时，从变压器本身入手降低漏电感，也是减少 MOSFET 尖峰和提高反激式转换器效率的重要方法。