Calculadora de snubber RCD de enclavamiento — Clamp de la inductancia de dispersión en flyback

En un convertidor flyback, no todo el flujo del primario enlaza el secundario. La parte que no lo hace es la inductancia de dispersión (o de fuga) $L_{lk}$, y cuando el MOSFET se apaga, la corriente que circula por ella no tiene adónde ir: carga la capacitancia de salida del MOSFET y la tensión de drenador sube en un pico muy por encima de la entrada más la tensión de salida reflejada, $V_{in} + nV_o$. Un circuito de enclavamiento (clamp) RCD recorta ese pico. Un diodo desde el drenador carga un condensador que se mantiene a una tensión de enclavamiento $V_{sn}$ por encima del raíl de entrada, y una resistencia en paralelo con el condensador disipa esa energía en cada ciclo.

Potencia del clamp

Mientras el clamp conduce, el secundario mantiene la inductancia magnetizante a $nV_o$, de modo que sobre la inductancia de dispersión queda $V_{sn} - nV_o$ y su corriente baja desde el pico $I_{pk}$ hasta cero en un tiempo

El clamp absorbe $V_{sn}I_{pk}t_s/2$ por ciclo, lo que da la potencia del clamp de la nota de aplicación AN-4147 de Fairchild (Koo, Rev. 1.1.0, 2006):

El primer término es la energía almacenada en la inductancia de dispersión. El factor $V_{sn}/(V_{sn} - nV_o)$ es la energía adicional que el transformador introduce en el clamp mientras cae la corriente de la inductancia de dispersión: vale 2 cuando el clamp está al doble de la tensión reflejada, y crece sin límite a medida que $V_{sn}$ se acerca a $nV_o$. Con una tensión de enclavamiento igual o inferior a $nV_o$, el clamp conduciría de forma continua y transportaría la potencia de salida, por lo que la calculadora no la acepta. AN-4147 recomienda un $V_{sn}$ de 2 a 2,5 veces $nV_o$.

Resistencia, condensador y esfuerzo de tensión

La resistencia disipa $V_{sn}^2/R_{sn}$, así que $R_{sn} = V_{sn}^2/P_{sn}$. El condensador se dimensiona para el rizado admisible $\Delta V_{sn}$, normalmente del 5 al 10% de $V_{sn}$:

Con el clamp referido al raíl de entrada, el drenador alcanza un pico de $V_{in,max} + V_{sn}$, y el diodo bloquea esa misma tensión mientras el MOSFET conduce. AN-4147 pide que el pico en régimen permanente quede por debajo del 80% de la tensión nominal del MOSFET, y un diodo ultrarrápido con una tensión nominal superior a ella.

Validez

Las ecuaciones suponen que la tensión del condensador del clamp se mantiene constante durante un periodo de conmutación, lo que AN-4147 da por válido para un rizado de hasta el 10%; por encima, la calculadora avisa. También suponen que la corriente de la inductancia de dispersión llega a cero dentro del periodo de conmutación, algo imposible cuando $t_s$ es más largo que el periodo; eso también se señala. En ambos casos los valores se siguen mostrando. La inductancia de dispersión y la corriente de pico deben tomarse en el punto de diseño que usa AN-4147, tensión de entrada mínima y plena carga, donde la potencia del clamp es máxima.