正激式RC吸收电路计算

摘要：开关电源中缓冲电路性能的好坏直接影响到系统的品质。文中给出了一种结构简单、安装方便的RC缓冲电路的设计方法，该方法不仅能降低开关管的关断损耗，而且还能降低变压器的漏感和尖峰电压。0引言在带变压器的开关电源拓扑中，开关管关断时，电压和电流的重叠引起的损耗是开关电源损耗的主要部分，同时，由于电路中存在杂散电感和杂散电容，在功率开关管关断时，电路中也会出现过电压并且产生振荡。如果尖峰电压过高，就会损坏开关管。同时，振荡的存在也会使输出纹波增大。为了降低关断损耗和尖峰电压，需要在开关管两端并联缓冲电路以改善电路的性能。缓冲电路的主要作用有：一是减少导通或关断损耗；二是降低电压或电流尖峰；三是降低dV／dt或dI／dt。由于MOSFET管的电流下降速度很快，所以它的关断损耗很小。虽然MOSFET管依然使用关断缓冲电路，但它的作用不是减少关断损耗，而是降低变压器漏感尖峰电压。本文主要针对MOSFET管的关断缓冲电路来进行讨论。1RC缓冲电路设计在设计RC缓冲电路时，必须熟悉主电路所采用的拓扑结构情况。图1所示是由RC组成的正激变换器的缓冲电路。图中，当Q关断时，集电极电压开始上升到2Vdc，而电容C限制了集电极电压的上升速度，同时减小了上升电压和下降电流的重叠，从而减低了开关管Q的损耗。而在下次开关关断之前，C必须将已经充满的电压2Vdc放完，放电路径为C、Q、R。假设开关管没带缓冲电路，图1所示的正激变换器的复位绕组和初级绕组匝数相同。这样，当Q关断瞬间，储存在励磁电感和漏感中的能量释放，初级绕组两端电压极性反向，正激变换器的开关管集电极电压迅速上升到2Vdc。同时，励磁电流经二极管D流向复位绕组，最后减小到零，此时Q两端电压下降到Vdc。图2所示是开关管集电极电流和电压波形。可见，开关管不带缓冲电路时，在Q关断时，其两端的漏感电压尖峰很大，产生的关断损耗也很大，严重时很可能会烧坏开关管，因此，必须给开关管加上缓冲电路。当开关管带缓冲电路时，其集电极电压和电流波形如图3所示(以正激变换器为例)。开关管Q为MOSFET，型号为IRF830，其tf一般为30ns。Dl、D2、D3为快恢复二极管，其tf很小(通常tf=30ns)。本设计的输出功率P0=V0I0=6W，假设变换器的效率为80％，每一路RC缓冲电路所损耗的功率占输出功率的1％。这里取Vdc=48V。2．2实验分析下面分两种情况对该设计进行实验分析，一是初级绕组有缓冲，次级无缓冲；二是初级无缓冲，次级有缓冲。(1)初级绕组有缓冲，次级无缓冲该实验测量的是开关管Q两端的漏源电压，实验分以下两种情况：第一种情况是RS1=1．5kΩ，CS1不定，输入直流电压Vdc为48V。其实验结果为：在RS1不变的情况下，CSl越大，虽然开关管Q的漏感尖峰电压无明显降低，但它的漏源电压变得平缓了，这说明在初级开关管的RC缓冲电路中，CSl应该选择比较小的值。第二种情况是CSl=33pF，RS1不定，输入直流电压Vdc为48V。其结果是：当CS1不变时，RS1越大，开关管Q的漏感尖峰电压越大(增幅比较小)。可见，RC缓冲电路中，参数R的大小对降低漏感尖峰有很大的影响。在选定一个合适的C，同时满足式(2)时，R应该选择比较小的值。(2)次级绕组有缓冲，初级无缓冲本实验以D2、D3的阴极作为公共端来测量快恢复二极管的端压，其结果是，当R不变时，C越大，二极管两端的漏感尖峰越小。同时理论上，如果C为无穷大时，二极管两端的电压中就没有漏感尖峰。而在实际中，只需让二极管两端电压的漏感尖峰电压在其端压峰值的30％以内就可以满足要求了，这样同时成本也不会太高。2．3设计参数的确定通过实验分析可见，在次级快恢复二极管的RC缓冲电路中，当选择了适当大小的电容C时，在满足式(2)的情况下，电阻R应该选择得越小越好。最终经过实际调试，本设计选择的RC缓冲电路参数为：初级：RS1=200，CSl=100pF次级：RS2=RS3=5l，CS2=CS3=1000pF本设计的初级开关管的RC缓冲电路中的C值虽然选得稍微比计算值大一些，但损耗也不是很大，因此还是可以接受的。相对初级而言，次级快恢复二极管的RC缓冲电路中的C值就选得比计算值大得多，系统的损耗必然增大。但是，并联在快恢复二极管两端的RC缓冲电路主要是为了改善系统输出性能，因此选择比较大的C值虽然会使系统的整体效率降低，但二极管两端的漏感尖峰就减小了很多，而且输出电压的纹波也可以达到指定要求。3结束语根据以上给出的公式，可以很好而且很方便地选择出合适的RC缓冲电路。但是在工程应