RCD吸收电路参数的计算.doc

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RCD吸收电路参数的计算

——根据资料整理

在电路中大多数尖峰毛刺等都是由于变压器的漏感或布线等分布电感在突变电流的作用下产生的，在开关管关断过程中，变压器的漏感及导线的分布电感中的电流就会在开关管上产生电压尖峰，而变压器的漏感虽然可以通过合理的电路设计和绕制方式使之减小，但是不可消除的。

设计和绕制是否合理，对漏感的影响是很明显的。

在匝比较接近的一些设计中，漏感可以设计的很小，但在大多数反激电源中，由于匝比较大，因此即使采用合理的方法，漏感也只能控制在初级电感的2％左右。

   在实际工作中，漏感与励磁电感串联。

励磁电感能量可通过理想变压器耦合到副边，而漏感因为不耦合，能量不能传递到副边，因此在开关管关断时，漏感将通过寄生电容释放能量，引起电路电压过冲和振荡，影响电路工作性能，还会引起EMI问题，严重时会烧毁器件，为了防止上述情况的出现，需要增加RCD吸收电路，引入RCD钳位电路的目的是消耗掉漏感中储存的能量，但一定要注意不能消耗主励磁电感能量，否则会降低电路效率。

计算吸收电路的参数，首先需要确定漏感中储存的能量，因为漏感中储存的能量是我们想要吸收掉的，单周期内漏感中的能量可以根据下式计算：

           E=0.5×Ls×Ip×Ip

    其中：

Ip为MOS管关断时开关管的峰值电流,Ls为变压器漏感

 在实际应用中，吸收电容的一端是直接接在输入电源正级，因此吸收电容上电压只有两部分：

反射电压（输出电压除以变压器匝比）、漏感引起的冲击电压。

我们可以认为在MOS管关断时候吸收电容上电压很快升高到设计的最高值，然后二极管截止，电容上电压通过电阻放电，电压会越来越低。

在MOS管关断期间内，要保证电容上电压不会低于反射电压。

这是因为，如果电阻放电过快在MOS管关断时间内电容上电压降低到反射电压，那么RCD吸收电容及电阻就等效并联在了变压器的副边，消耗的将是期望传递到副边的能量，将降低模块的效率。

这个时候从吸收电容上可以看到，MOS管关断期间内，吸收电容上电压出现了平台。

由于漏感的能量在MOS管关断时需要由吸收电容来承受，电容如果选择的太小，漏感能量吸收后，电压升高的仍会比较高，起不到吸收的作用。

我们可以根据期望的最高电压来进行设计，比如说我们知道反射电压为U1，期望的过充电压为U2，并且希望在开关管开始时，电容上的电压恰好放电到反射电压，这样可以计算吸收电容的数值。

这是因为在每个开关周期内，电容电压变化产生的能量差与漏感中的能量基本是一致的（见备注1），因此有下式

0.5×Ls×Ip×Ip=0.5×C×（U1+U2）×（U1+U2）-0.5×C×U1×U1

在上式中，漏感是可以测量的，Ip也是可以计算的，U1是以知的，U2是可以期望的，因此就可以计算吸收电容的值。

确定吸收电容后，可以根据电容的放电公式计算吸收电阻。

电容放电公式：

U2=U1*exp（-t/τ）

t=截止时间（按照最小占空比计算），

根据上式可以计算τ值，然后根据公式τ=RC来计算吸收电阻。

通过上面的方法计算可以初步得到RC的值，具体的吸收电路的参数还要经过实际的调试才能得到最优的效果。

备注1、

 RC值的确定需按最大输入电压、最小占空比条件工作选取，否则，随着占空比的减小，关断时间会越来越大，原来恰好放电到反射电压的电容电压波形会出现平台，钳位电路将消耗主励磁电感能量。

在MOS管开通过程中，电容仍通过电阻放电，但由于RC放电在放电后期相同时间内电压变化比较小，同时设计时要按最小占空比时候设计，因此我们仍可以按照假设进行RC的计算。

备注2、可参考设计原则;

①限制MOS功率管的最大反向峰值电压

②减小RCD电路的损耗。

上述两者，是相互矛盾的，取折中的办法。

二：

设计RCD吸收电路的过程

在设计之前，电路的频率、主变压器、输出电路的参数、MOS功率管全部确定。

①计算在最大输入交流电压时，输出的最大直流电压VDC

VDC=1.4*VAC单位：

V

②次级电压反射到初级的等效电压VOR

VOR=（VF+VO）*Np/Ns

VF：

二极管的正向最大电压降，单位：

Ｖ

VO：

输出的电压值，考虑精度波动范围,单位：

Ｖ

Np：

初级匝数

Ns：

次级匝数

③MOS功率管的源—栅极之间的最大耐压值ＶＤ的余量值V（DS）

VDS=10%*VD单位：

V

④RCD吸收回路的电压V（RCD）

　　V（RCD）＝[VD-V（DC）-V（DS）]*90%

　　　单位：

Ｖ

备注3、RCD试验调整

①上述RCD电压值是理论值，通过试验调整，使得实际值和理论值相吻合

②V（RCD）＜1.3VOR

若实际测量值小于１．３倍的话，说明选取的ＭＯＳ功率管的ＶＤ值太小．

③ＭＯＳ功率管的VD＜2VDC

若实际测量值大于２倍的话，说明选取的ＭＯＳ功率管的ＶＤ值太大．

④V（RCD）＜1.2VOR

说明RCD吸收回路会影响开关电源的效率．

⑤V（RCD）是有V（RCD1）和VOR组成的．

⑥RC时间常数τ是有开关电源的频率确定，一般选择10—20个周期。

⑦选择RC:

任意选取瓷片电容和电阻，一般为电阻几十K电阻—几百K的电阻，

电容选择几nF—几十nF不等。

任意选择R、C的值，通入交流电压，调节调压器，根据先低压后高压、先轻载后重载的原则，试验过程中观察V（RCD）的值，务必V（RCD）的值小于理论值，调节调压器时，当等于理论值时，停止试验，把R值变小，重新调整。

合适的RC标准：

当高压、重负载时，V（RCD）实际测量值等于理论值。

⑧R的功率应根据V（RCD）的最大值所得，一般计算值的2倍。

、

⑨RCD吸收回路的R值越小，开关电源的效率越低；R值越大，MOS功率管有可能被击穿。

波形对比：

图1未加RCD吸收电路满载波形

图2加完RCD满载的波形

图3未加RCD吸收电路空载的波形

图4加完RCD空载波形