RC緩沖電路

關(guān)鍵：主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

如下電路所示：

RC組成的正激變換器的緩沖電路
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Q關(guān)斷，集電極電壓開(kāi)始上升到2Vdc，電容C限制集電極電壓的上升速度，并減小上升電壓和下降電流的重疊，減低開(kāi)關(guān)管Q的損耗。

下次開(kāi)關(guān)關(guān)斷前，C必將已充滿的電壓2Vdc放完，放電路徑為C→Q→R。

如：開(kāi)關(guān)管沒(méi)帶緩沖電路

正激變換器的復(fù)位繞組和初級(jí)繞組匝數(shù)相同。

當(dāng)Q關(guān)斷瞬間，儲(chǔ)存在勵(lì)磁電感和漏感中的能量釋放，初級(jí)繞組兩端電壓極性反向，正激變換器的開(kāi)關(guān)管集電極電壓迅速上升到2Vdc。

同時(shí)，勵(lì)磁電流經(jīng)二極管D流向復(fù)位繞組，最后減小到零，此時(shí)Q兩端電壓下降到Vdc。

如下電路所示
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關(guān)管集電極電流和電壓波形。

開(kāi)關(guān)管不帶緩沖電路，在Q關(guān)斷時(shí)，其兩端的漏感電壓尖峰很大，產(chǎn)生的關(guān)斷損耗也很大，嚴(yán)重時(shí)很可能會(huì)燒壞開(kāi)關(guān)管，因此，必須給開(kāi)關(guān)管加上緩沖電路。

當(dāng)開(kāi)關(guān)管帶緩沖電路，其集電極電壓和電流波形

如下電路所示
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如上第一個(gè)電路圖

當(dāng)Q開(kāi)始關(guān)斷，其電流開(kāi)始下降，而變壓器漏感會(huì)阻止這個(gè)電流的減小。

一部分電流將繼續(xù)通過(guò)將要關(guān)斷的開(kāi)關(guān)管。

一部分則經(jīng)RC緩沖電路并對(duì)電容C充電，電阻R的大小與充電電流有關(guān)。

Ic的一部分流進(jìn)電容C，可減緩集電極電壓的上升。

通過(guò)選取足夠大的C，可以減少集電極的上升電壓與下降電流的重疊部分，從而顯著降低開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷損耗，同時(shí)還可抑制集電極漏感尖峰電壓。

如上電路圖3中所示

A-C階段：為開(kāi)關(guān)管關(guān)斷階段，C-D為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通階段。

在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷前，電容C兩端電壓為零。

在關(guān)斷時(shí)刻(B時(shí)刻)，C會(huì)減緩集電極電壓的上升速度，但同時(shí)也被充電到2Vdc

(在忽略該時(shí)刻的漏感尖峰電壓的情況下)。

電容C的大小不僅影響集電極電壓的上升速度，且決定電阻R上的能量損耗。

在Q關(guān)斷瞬間，C上的電壓為2Vdc，它儲(chǔ)存的能量為0．5C(2Vdc)2焦耳。

如果該能量全部消耗在R上，則每周期內(nèi)消耗在R上的能量為：

對(duì)限制集電極上升電壓來(lái)說(shuō)，C應(yīng)該越大越好；

但從系統(tǒng)效率出發(fā)，C越大，損耗越大，效率越低。

因此，必須選擇合適的C，使其既能達(dá)到一定的減緩集電極上升電壓速度的作用，又不至于使系統(tǒng)損耗過(guò)大而使效率過(guò)低。

因在下一個(gè)關(guān)斷開(kāi)始時(shí)刻即D時(shí)刻，必須保證C兩端沒(méi)有電壓，所以在B時(shí)刻到D時(shí)刻間的某時(shí)間段內(nèi)，C必須放電。

實(shí)際上，電容C在C-D這段時(shí)間內(nèi)，可通過(guò)電阻R經(jīng)Q和R構(gòu)成的放電回路進(jìn)行放電。

因此，在選擇了一個(gè)足夠大的C后，R應(yīng)使C在最小導(dǎo)通時(shí)間ton內(nèi)放電至所充電荷的5％以下，這樣則有：

第一個(gè)公式表明：R上的能量損耗是和C成正比的，因而必須選擇合適的C，這樣，如何選擇C就成了設(shè)計(jì)RC緩沖電路的關(guān)鍵。

事實(shí)上，當(dāng)Q開(kāi)始關(guān)斷時(shí)，假設(shè)最初的峰值電流Ip的一半流過(guò)C。

另一半仍然流過(guò)逐漸關(guān)斷的Q集電極，同時(shí)假設(shè)變壓器中的漏感保持總電流仍然為Ip。

那么，通過(guò)選擇合適的電容C，以使開(kāi)關(guān)管集電極電壓在時(shí)間tf內(nèi)上升到2Vdc(其中tf為集電極電流從初始值下降到零的時(shí)間，可以從開(kāi)關(guān)管數(shù)據(jù)手冊(cè)上查詢)，則有：

從上面公式即可計(jì)算出電容C。

最小導(dǎo)通時(shí)間已知，即可得到電阻R的大小。

帶RC緩沖的正激變換器主電路

如下電路所示
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一個(gè)帶有RC緩沖電路的正激變換器主電路。該主電路參數(shù)為：Np=Nr=43匝。Ns=32匝，開(kāi)關(guān)頻率f=70 kHz，輸入電壓范圍為直流48～96 V，輸出為直流12 V和直流0．5 A。

開(kāi)關(guān)電源之MOSFET管的關(guān)斷緩沖電路

開(kāi)關(guān)管Q為MOSFET，型號(hào)為IRF830，其tf一般為30 ns。Dl、D2、D3為快恢復(fù)二極管，其tf很小(通常tf=30 ns)。

輸出功率P0=V0I0=6 W

假設(shè)變換器的效率為80％，每一路RC緩沖電路所損耗的功率占輸出功率的1％，這里取Vdc=48 V。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

下面分兩種情況對(duì)該設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，一是初級(jí)繞組有緩沖，次級(jí)無(wú)緩沖；二是初級(jí)無(wú)緩沖，次級(jí)有緩沖。

(1)初級(jí)繞組有緩沖，次級(jí)無(wú)緩沖

該實(shí)驗(yàn)測(cè)量的是開(kāi)關(guān)管Q兩端的漏源電壓，實(shí)驗(yàn)分以下兩種情況：

第一種情況：RS1=1．5 kΩ，CS1不定，輸入直流電壓Vdc為48 V。

結(jié)果：在RS1不變的情況下，CSl越大，雖然開(kāi)關(guān)管Q的漏感尖峰電壓無(wú)明顯降低，但它的漏源電壓變得平緩了，這說(shuō)明在初級(jí)開(kāi)關(guān)管的RC緩沖電路中，CSl應(yīng)該選擇比較小的值。

第二種情況：CSl=33 pF，RS1不定，輸入直流電壓Vdc為48 V。

結(jié)果：當(dāng)CS1不變時(shí)，RS1越大，開(kāi)關(guān)管Q的漏感尖峰電壓越大(增幅比較小)。

可見(jiàn)，RC緩沖電路中，參數(shù)R的大小對(duì)降低漏感尖峰有很大的影響。在選定一個(gè)合適的C，同時(shí)滿足式(2)時(shí)，R應(yīng)該選擇比較小的值。

次級(jí)繞組有緩沖，初級(jí)無(wú)緩沖

以D2、D3的陰極作為公共端來(lái)測(cè)量快恢復(fù)二極管的端壓，其結(jié)果是，當(dāng)R不變時(shí)，C越大，二極管兩端的漏感尖峰越小。

理論上：如果C為無(wú)窮大時(shí)，二極管兩端的電壓中就沒(méi)有漏感尖峰。而在實(shí)際中，只需讓二極管兩端電壓的漏感尖峰電壓在其端壓峰值的30％以內(nèi)就可以滿足要求了，這樣同時(shí)成本也不會(huì)太高。

設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析可見(jiàn)，在次級(jí)快恢復(fù)二極管的RC緩沖電路中，當(dāng)選擇了適當(dāng)大小的電容C時(shí)，在滿足式(2)的情況下，電阻R應(yīng)該選擇得越小越好。最終經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)試，本設(shè)計(jì)選擇的RC緩沖電路參數(shù)為：

初級(jí)：RS1=200，CSl=100 pF

次級(jí)：RS2=RS3=5l，CS2=CS3=1000 pF

此設(shè)計(jì)初級(jí)開(kāi)關(guān)管的RC緩沖電路中的C值雖然選得稍微比計(jì)算值大一些，但損耗也不是很大，因此還是可以接受的。

相對(duì)初級(jí)而言，次級(jí)快恢復(fù)二極管的RC緩沖電路中的C值就選得比計(jì)算值大得多，系統(tǒng)的損耗必然增大。

但是，并聯(lián)在快恢復(fù)二極管兩端的RC緩沖電路主要是為了改善系統(tǒng)輸出性能，因此選擇比較大的C值雖然會(huì)使系統(tǒng)的整體效率降低，但二極管兩端的漏感尖峰就減小了很多，而且輸出電壓的紋波也可以達(dá)到指定要求。

審核編輯：湯梓紅