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    3. RC吸收電路在開關電源中的應用

      眾所周知高頻開關電源,開關管關斷時,電壓和電流的重疊引起的損耗是開關電源損耗的主要部分,同時,由于電路中存在寄生電感和寄生電容,在功率開關管關斷時,電路中也會出現過電壓并且產生振蕩。如果尖峰電壓過高,就會損壞開關管。同時,振蕩的存在也會使輸出紋波增大。為了降低關斷損耗和尖峰電壓,需要在開關管兩端并聯RC緩沖電路以改善電路的性能。

      圖1所示的是一個簡單的反激式開關電源電路,從圖中可以看出RC電路在圖中的出現過6次從RaCa--RfCf,每個RC電路的位置不同,作用也不一樣。本文介紹的是圖1中RbCb,RcCc構成的 RC吸收電路。這兩個RC電路在圖中主要作用是:一是減少導通或關斷損耗;二是降低電壓或電流尖峰;三是可以間接的改善EMI特性。

      在設計RC吸收電路時,我們必須要了解整個電源網絡的幾個重要參數,比如輸入電壓,輸入電流,尖峰電壓,尖峰電流等,在圖1所示當Q1關斷時,源極電壓開始上升到2Vdc,而電容Cb限制了源極(D)電壓的上升速度,同時減小了上升電壓和下降電流的重疊,從而減低了開關管Q1的損耗。而在下次開關關斷之前,Cb必須將已經充滿的電壓放完,放電路徑為Cb、Rb,Q1。

      圖2所示是開關管源極(D)的Vds電壓波形。圖A表示的是開關管Q1沒有加RC吸收電路的Vds電壓波形,圖中明顯的看出,當開關管Q1斷開時,Vds電壓迅速上升至最高點,而后伴隨這震蕩下跌,震蕩頻率為20MHZ。圖B表示的是開關管上加了RC吸收電路的Vds電壓波形,相對與圖A,在加了RC吸收電路后,開關管斷開瞬間,Vds電壓上升比較平緩,且在上升到最高電壓跌落時不會產生高頻震蕩,EMI特性也會偏好。

      在感性負載中,開關器件關斷的瞬間,如果此時感性負載的磁通不為零,根據愣次定律便會產生一個自感電動勢,對外界辭放磁場儲能,為簡單起見,一般都采用RC吸收回路,將這部份能量以熱能的方式消耗掉。設計RC吸收回路參數,需要先確定磁場儲能的大小,在反激變壓器中,磁場儲能由兩部份辭放,其中大部份是通過互感向二次側提供能量,只有漏感部份要通過RC回路處理,需要測量勵磁電感,互感及漏感值,再求得RC回路的初始電流。

      R的取值,以開關所能承受的瞬時反壓,比初始電流值;此值過小則動態功耗過大,引值過大則達不到保護開關的作用;

      C的取值,則需要滿足在鉗位電平下能夠儲存磁能的一半,且滿足一定的dV/dt,C關斷緩沖,R開通限流,電阻的阻值基本可以按照R=(sqrt(Llk/Cj))/n 這個公式計算,功率根據實際情況選擇,C一般都在102---103之間選擇,選C時在考慮吸收效果的同時還需考慮EMI的相位和后面輸出電容的紋波電流應力,則有;

      C=(Ip*Tf)/(2*2*Vdc)

      Ip:峰值電流

      Tf:集電極電流從初始值下降到零的時間

      Vdc:輸入的直流電壓

      R=Ton(min)/(3C)

      Ton(min):開關管最小的導通時間

      小結:

      根據以上給出的公式,可以很好而且很方便地選擇出合適的RC吸收電路。但在設計時,應該根據整個電源設計的性能指標,通過實際調試才能得到真正合適的參數。有時候,為了達到系統的性能指標,犧牲一定的效率也是必要的??傊?,在設計RC吸收電路參數時,必須綜合考慮性能和效率,最終選擇合適的RC參數。

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