巧用RC吸收電路降低開關管損耗
2021-01-08 電子發燒友電子發燒友 發表於 2019-01-26 09:58:00
開關電源設計中，我們常常使用到一個電阻串聯一個電容構成的RC電路， RC電路性能會直接影響到產品性能和穩定性。本文將為大家介紹一種既能降低開關管損耗，且可降低變壓器的漏感和尖峰電壓的RC電路。
高頻開關電源在開關管關斷時，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，由於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並且產生振蕩。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，需要在開關管兩端並聯RC緩衝電路以改善電路的性能。
圖1
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：
l 減少導通或關斷損耗；
l 降低電壓或電流尖峰；
l 可以間接的改善EMI特性。
在設計RC吸收電路時，我們必須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 開關管源極（D）的Vds電壓波形
圖2-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，而後伴隨這震蕩下跌，震蕩頻率為20MHZ。
圖2-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2-A，在加了RC吸收電路後，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，一般都採用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迴路處理，需要測量勵磁電感，互感及漏感值，再求得RC迴路的初始電流值。
l 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；
l 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關斷緩衝，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的相位和後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
根據以上給出的公式，可以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。總之，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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