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多图解析开关电源中一切缓冲吸收电路

2017-7-14 15:17 阅读: 1154 评论: 0 编辑: ygzx1
[导读]摘要基本拓扑电路上一般没有吸收缓冲电路,实际电路上一般有吸收缓冲电路,吸收与缓冲是工程需要,不是拓扑需要。吸收与缓冲的功效:●防止器件损坏,吸收防止电压击穿,缓冲防止电流击穿●使功率器件远离危险工作区 ...
摘要 
基本拓扑电路上一般没有吸收缓冲电路,实际电路上一般有吸收缓冲电路,吸收与缓冲是工程需要,不是拓扑需要。
吸收与缓冲的功效:
●防止器件损坏,吸收防止电压击穿,缓冲防止电流击穿
●使功率器件远离危险工作区,从而提高可靠性
●降低(开关)器件损耗,或者实现某种程度的关软开
●降低di/dt和dv/dt,降低振铃,改善EMI品质
●提高效率(提高效率是可能的,但弄不好也可能降低效率)
也就是说,防止器件损坏只是吸收与缓冲的功效之一,其他功效也是很有价值的。
吸收 
吸收是对电压尖峰而言。
电压尖峰的成因 :
●电压尖峰是电感续流引起的。
●引起电压尖峰的电感可能是:变压器漏感、线路分布电感、器件等效模型中的感性成分等。
●引起电压尖峰的电流可能是:拓扑电流、二极管反向恢复电流、不恰当的谐振电流等。
减少电压尖峰的主要措施是:
●减少可能引起电压尖峰的电感,比如漏感、布线电感等
●减少可能引起电压尖峰的电流,比如二极管反向恢复电流等
●如果可能的话,将上述电感能量转移到别处。
●采取上述措施后电压尖峰仍然不能接受,最后才考虑吸收。吸收是不得已的技术措施
拓扑吸收
将开关管Q1、拓扑续流二极管D1和一个无损的拓扑电容C2组成一个在布线上尽可能简短的吸收回路。
拓扑吸收的特点:
●同时将Q1、D1的电压尖峰、振铃减少到最低程度。
●拓扑吸收是无损吸收,效率较高。
●吸收电容C2可以在大范围内取值。
●拓扑吸收是硬开关,因为拓扑是硬开关。
体二极管反向恢复吸收
开关器件的体二极管的反向恢复特性,在关断电压的上升沿发挥作用,有降低电压尖峰的吸收效应。
RC 吸收
●RC吸收的本质是阻尼吸收。
●有人认为R 是限流作用,C是吸收。实际情况刚好相反。
●电阻R 的最重要作用是产生阻尼,吸收电压尖峰的谐振能量,是功率器件。
●电容C的作用也并不是电压吸收,而是为R阻尼提供能量通道。
●RC吸收并联于谐振回路上,C提供谐振能量通道,C 的大小决定吸收程度,最终目的是使R形成功率吸收。
●对应一个特定的吸收环境和一个特定大小的电容C,有一个最合适大小的电阻R,形成最大的阻尼、获得最低的电压尖峰。
●RC吸收是无方向吸收,因此RC吸收既可以用于单向电路的吸收,也可用于双向或者对称电路的吸收。
RC 吸收设计 
●RC吸收的设计方法的难点在于:吸收与太多因素有关,比如漏感、绕组结构、分布电感电容、器件等效电感电容、电流、电压、功率等级、di/dt、dv/dt、频率、二极管反向恢复特性等等。而且其中某些因素是很难获得准确的设计参数的。
●比如对二极管反压的吸收,即使其他情况完全相同,使用不同的二极管型号需要的RC吸收参数就可能有很大差距。很难推导出一个通用的计算公式出来。
●R 的损耗功率可大致按下式估算:
Ps = FCU2
其中U为吸收回路拓扑反射电压。
●工程上一般应该在通过计算或者仿真获得初步参数后,还必须根据实际布线在板调试,才能获得最终设计参数。
RCD 吸收
特点
●RCD吸收不是阻尼吸收,而是靠非线性开关D 直接破坏形成电压尖峰的谐振条件,把电压尖峰控制在任何需要的水平。
●C 的大小决定吸收效果(电压尖峰),同时决定了吸收功率(即R的热功率)。
●R 的作用只是把吸收能量以热的形式消耗掉。其电阻的最小值应该满足开关管的电流限制,最大值应该满足PWM逆程RC放电周期需要,在此范围内取值对吸收效果影响甚微。
●RCD吸收会在被保护的开关器件上实现某种程度的软关断,这是因为关断瞬间开关器件上的电压即吸收电容C上的电压等于0,关断动作会在C 上形成一个充电过程,延缓电压恢复,降低dv/dt,实现软关断。
不适应性
●RCD吸收一般不适合反激拓扑的吸收,这是因为RCD吸收可能与反激拓扑相冲突。
●RCD吸收一般不适合对二极管反压尖峰的吸收,因为RCD吸收动作有可能加剧二极管反向恢复电流。
钳位吸收
RCD 钳位
●尽管RCD钳位与RCD吸收电路可以完全相同,但元件参数和工况完全不同。RCD吸收RC时间常数远小于PWM周期,而RCD钳位的RC时间常数远大于PWM周期。
●与RCD吸收电容的全充全放工况不同,RCD钳位的电容可以看成是电压源,其RC充放电幅度的谷值应不小于拓扑反射电压,峰值即钳位电压。
●由于RCD钳位在PWM电压的上升沿和下降沿都不会动作,只在电压尖峰出现时动作,因此RCD钳位是高效率的吸收。
齐纳钳位
●齐纳钳位的几种形式。
●齐纳钳位也是在电压尖峰才起作用,也是高效率吸收。
●某些场合,齐纳钳位需要考虑齐纳二极管的反向恢复特性对电路的影响。
●齐纳吸收需注意吸收功率匹配,必要时可用有源功率器件组成大功率等效电路
无损吸收  
无损吸收的条件
●吸收网络不得使用电阻。
●不得形成LD电流回路。
●吸收回路不得成为拓扑电流路径。
●吸收能量必须转移到输入侧或者输出侧。
●尽量减少吸收回路二极管反向恢复电流的影响。
无损吸收是强力吸收,不仅能够吸收电压尖峰,甚至能够吸收拓扑反射电压,比如:
缓冲
缓冲是对冲击尖峰电流而言
●引起电流尖峰第一种情况是二极管(包括体二极管)反向恢复电流。
●引起电流尖峰第二种情况是对电容的充放电电流。这些电容可能是:电路分布电容、变压器绕组等效分布电容、设计不恰当的吸收电容、设计不恰当的谐振电容、器件的等效模型中的电容成分等等。
缓冲的基本方法:
●在冲击电流尖峰的路径上串入某种类型的电感,可以是以下类型:
缓冲的特性:
●由于缓冲电感的串入会显著增加吸收的工作量,因此缓冲电路一

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