開關(guān)電源設(shè)計中,我們常常使用到一個電阻串聯(lián)一個電容構(gòu)成的RC電路, RC電路性能會直接影響到產(chǎn)品性能和穩(wěn)定性。本文將為大家介紹一種既能降低開關(guān)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(guān)電源在開關(guān)管關(guān)斷時,電壓和電流的重疊引起的損耗是開關(guān)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(guān)管關(guān)斷時,電路中也會出現(xiàn)過電壓并且產(chǎn)生振蕩。如果尖峰電壓過高,就會損壞開關(guān)管。同時,振蕩的存在也會使輸出紋波增大。為了降低關(guān)斷損耗和尖峰電壓,需要在開關(guān)管兩端并聯(lián)RC緩沖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(guān)電源電路,從圖中可以看出RC電路在圖中的出現(xiàn)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(gòu)成的RC吸收電路。這兩個RC電路在圖中主要作用是:
減少導通或關(guān)斷損耗;
降低電壓或電流尖峰;
可以間接的改善EMI特性。
在設(shè)計RC吸收電路時,我們必須了解整個電源網(wǎng)絡(luò)的幾個重要參數(shù),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(guān)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(guān)管Q1的損耗。而在下次開關(guān)關(guān)斷之前,Cb必須將已經(jīng)充滿的電壓放完,放電路徑為Cb、Rb、Q1。
圖2 開關(guān)管源極(D)的Vds電壓波形
圖2-A表示的是開關(guān)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(guān)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2-B表示的是開關(guān)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吸收電路后,開關(guān)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(chǎn)生高頻震蕩,EMI特性也會偏好。
在感性負載中,開關(guān)器件關(guān)斷的瞬間,如果此時感性負載的磁通不為零,根據(jù)愣次定律便會產(chǎn)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(shè)計RC吸收回路參數(shù),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(cè)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回路的初始電流值。
R的取值,以開關(guān)所能承受的瞬時反壓,比初始電流值;此值過小則動態(tài)功耗過大,引值過大則達不到保護開關(guān)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(guān)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(jù)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(guān)管最小的導通時間
總結(jié)
根據(jù)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(shè)計時,應該根據(jù)整個電源設(shè)計的性能指標,通過實際調(diào)試才能得到真正合適的參數(shù)。有時候,為了達到系統(tǒng)的性能指標,犧牲一定的效率也是必要的??傊?,在設(shè)計RC吸收電路參數(shù)時,必須綜合考慮性能和效率,最終選擇合適的RC參數(shù)。