認(rèn)識(shí)反激中的RCD吸收電路

反激式開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，但其變壓器漏感大，開(kāi)關(guān)管存在電壓尖峰，在大部分低功率應(yīng)用場(chǎng)合都會(huì)采用簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的RCD鉗位電路來(lái)減緩電壓尖峰，這里將簡(jiǎn)單介紹RCD電路的工作原理以及如何確定鉗位電路中的參數(shù)。

單端反激式開(kāi)關(guān)電源具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸入輸出電氣隔離，輸入電壓范圍寬，易于實(shí)現(xiàn)多路輸出，可靠性高，成本低等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于中小功率場(chǎng)合。但由于反激變壓器漏感影響，其功率開(kāi)關(guān)管在關(guān)斷時(shí)將引起電壓尖峰，必須用鉗位電路加以抑制，因此RCD鉗位電路以其簡(jiǎn)潔易實(shí)現(xiàn)多用于小功率場(chǎng)合。圖 1和圖 2分別為反激電路中的RCD鉗位電路和電容C兩端的電壓波形。

圖 1反激中的 RCD鉗位電路

圖 2 電容兩端波形

1. 漏感的抑制

變壓器的漏感是不可消除的，但可以通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)和繞制使之減小。設(shè)計(jì)和繞制是否合理，對(duì)漏感的影響是很明顯的。采用合理的方法，可將漏感控制在初級(jí)電感的2%左右。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合變壓器磁芯的選擇和初級(jí)匝數(shù)的確定，盡量使初級(jí)繞組可緊密繞滿磁芯骨架一層或多層。繞制時(shí)繞線要盡量分布得緊湊、均勻，這樣線圈和磁路空間上更接近垂直關(guān)系，耦合效果更好。初級(jí)和次級(jí)繞線也要盡量靠得緊密。

勵(lì)磁電感LM同理想變壓器并聯(lián)，漏感LK同勵(lì)磁電感串聯(lián)，變壓器中漏感能量不能傳遞到副邊，若不采取措施，漏感將通過(guò)寄生電容釋放能量，引起電壓過(guò)沖和振蕩，引起EMI。為抑制其影響，可在變壓器初級(jí)并聯(lián)RCD鉗位電路。

2. 鉗位電路的工作原理

引入RCD鉗位電路，目的是消耗漏感能量，但不能消耗主勵(lì)磁電感能量，否則會(huì)降低電路效率，因此在電路設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程中要選擇恰當(dāng)?shù)腞及C的值，以使其剛好消耗掉漏感能量。下面將分析其工作原理。

當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q關(guān)斷時(shí)，變壓器初級(jí)線圈電壓反向，同時(shí)漏感LK釋放能量直接對(duì)C進(jìn)行充電，電容C電壓迅速上升，二極管D截止后C通過(guò)R進(jìn)行放電

若C值較大，C上電壓緩慢上升，副邊反激過(guò)沖小，變壓器能量不能迅速傳遞到副邊;若C值特別大，電壓峰值小于副邊反射電壓，則鉗位電容上電壓將一直保持在副邊反射電壓附近，即鉗位電阻變?yōu)樨?fù)載，一直在消耗磁芯能量，此時(shí)電容兩端波形如圖 3 (a)所示。

圖 3 電容兩端波形

若RC過(guò)小，則電容C充電較快，且C將通過(guò)電阻R很快放電，整個(gè)過(guò)程中漏感能量消耗很快，在Q開(kāi)通前鉗位電阻則成為變壓器的負(fù)載，消耗變壓器存儲(chǔ)的能量，降低效率，電容C兩端波形如圖 3(b)所示。

若RC值取值比較合適，到開(kāi)關(guān)管Q再次開(kāi)通時(shí)，電容C上電壓剛好放到接近于變壓器副邊反射的電壓，此時(shí)鉗位效果較好，電容C兩端波形如圖 3 (c)所示。

3. 總結(jié)

開(kāi)關(guān)管漏極上的電壓由三部分組成：電源電壓，反激感應(yīng)電壓，漏感沖擊電壓。 吸收電路，一定要讓他只吸收漏感沖擊電壓，而不要對(duì)另外電壓起作用，那樣不僅會(huì)增大吸收電阻的負(fù)擔(dān)，還會(huì)降低開(kāi)關(guān)電源的效率。

首先確定吸收電路所要消耗的功率：

由于吸收電容的另一端是接在正電源上的，所以它的電壓只有兩部分：反激感應(yīng)電壓，漏感沖擊電壓。電容C兩端電壓為VC，變壓器漏感為L(zhǎng)K，匝比為n,則漏感中電流的下降斜率為：

可以得出漏感電流的下降時(shí)間tS為：

其中ipk為變壓器初級(jí)峰值電流。

鉗位電容的電壓VC應(yīng)在變換器輸入電壓最低、滿載時(shí)確定，一旦確定了VC，則可計(jì)算出吸收電路消耗的功率為：

其中fS為變換器的開(kāi)關(guān)頻率。

確定了吸收電路消耗的功率后，則可確定鉗位電阻的大?。?/p>

在開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)過(guò)程中，鉗位電容C兩端電壓變化量為ΔVC，通?？筛鶕?jù)VC取合適的ΔVC，由此可進(jìn)一步確定鉗位電容大?。?/p>

最后，對(duì)于鉗位電容兩端的電壓VC根據(jù)變壓器反射電壓nVO確定，通常取2～2.5倍即可，取值過(guò)小會(huì)引起較大損耗。RCD鉗位電路的計(jì)算只是確定R與C值的數(shù)量級(jí)，其具體參數(shù)可根據(jù)實(shí)際測(cè)試波形做調(diào)整，以達(dá)到最佳效果。