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2018年12月27日 | RC吸收电路的设计经验分享
2018-12-27
开关电源设计中，我们常常使用到一个电阻串联一个电容构成的RC电路， RC电路性能会直接影响到产品性能和稳定性。本文将为大家介绍一种既能降低开关管损耗，且可降低变压器的漏感和尖峰电压的RC电路。
高频开关电源在开关管关断时，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，由于电路中存在寄生电感和寄生电容，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RC缓冲电路以改善电路的性能。
图1
图1所示的是一个简单的反激式开关电源电路，从图中可以看出RC电路在图中的出现过6次从RaCa—RfCf，每个RC电路的位置不同，作用也不一样。本文介绍的是图1中RbCb，RcCc构成的RC吸收电路。这两个RC电路在图中主要作用是：
减少导通或关断损耗；
降低电压或电流尖峰；
可以间接的改善EMI特性。
在设计RC吸收电路时，我们必须了解整个电源网络的几个重要参数，比如输入电压、输入电流、尖峰电压、尖峰电流等。在图1所示当Q1关断时，源极电压开始上升到2Vdc，而电容Cb限制了源极(D)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Q1的损耗。而在下次开关关断之前，Cb必须将已经充满的电压放完，放电路径为Cb、Rb、Q1。
图2 开关管源极（D）的Vds电压波形
图2-A表示的是开关管Q1没有加RC吸收电路的Vds电压波形，图中明显的看出，当开关管Q1断开时，Vds电压迅速上升至最高点，而后伴随这震荡下跌，震荡频率为20MHZ。
图2-B表示的是开关管上加了RC吸收电路的Vds电压波形，相对与图2-A，在加了RC吸收电路后，开关管断开瞬间，Vds电压上升比较平缓，且在上升到最高电压跌落时不会产生高频震荡，EMI特性也会偏好。
在感性负载中，开关器件关断的瞬间，如果此时感性负载的磁通不为零，根据愣次定律便会产生一个自感电动势，对外界辞放磁场储能，为简单起见，一般都采用RC吸收回路，将这部份能量以热能的方式消耗掉。
设计RC吸收回路参数，需要先确定磁场储能的大小，在反激变压器中，磁场储能由两部份辞放，其中大部份是通过互感向二次侧提供能量，只有漏感部份要通过RC回路处理，需要测量励磁电感，互感及漏感值，再求得RC回路的初始电流值。
R的取值，以开关所能承受的瞬时反压，比初始电流值；此值过小则动态功耗过大，引值过大则达不到保护开关的作用；
C的取值，则需要满足在钳位电平下能够储存磁能的一半，且满足一定的dV/dt，C关断缓冲，R开通限流，电阻的阻值基本可以按照；
R=(sqrt(Llk/Cj))/n 这个公式计算，功率根据实际情况选择，C一般都在102——103之间选择，选C时在考虑吸收效果的同时还需考虑EMI的相位和后面输出电容的纹波电流应力，则有：
C=(Ip*Tf)/(2*2*Vdc)
Ip:峰值电流
Tf:集电极电流从初始值下降到零的时间
Vdc:输入的直流电压
R=Ton(min)/(3C)
Ton(min):开关管最小的导通时间
根据以上给出的公式，可以很方便地选择出合适的RC吸收电路。但在设计时，应该根据整个电源设计的性能指标，通过实际调试才能得到真正合适的参数。有时候，为了达到系统的性能指标，牺牲一定的效率也是必要的。总之，在设计RC吸收电路参数时，必须综合考虑性能和效率，最终选择合适的RC参数。
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史海拾趣
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