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解析開關(guān)電源中的緩沖吸收電路(二)

來源:東莞市成良智能科技   發(fā)布時間:2019-11-04   點擊量:1037

開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之RCD 吸收特點
RCD吸收不是阻尼吸收,而是靠非線性開關(guān)D 直接破壞形成電壓尖峰的諧振條件,把電壓尖峰控制在任何需要的水平。
C 的大小決定吸收效果(電壓尖峰),同時決定了吸收功率(即R的熱功率)。
R 的作用只是把吸收能量以熱的形式消耗掉。其電阻的最小值應(yīng)該滿足開關(guān)管的電流限制,最大值應(yīng)該滿足PWM逆程RC放電周期需要,在此范圍內(nèi)取值對吸收效果影響甚微。
RCD吸收會在被保護的開關(guān)器件上實現(xiàn)某種程度的軟關(guān)斷,這是因為關(guān)斷瞬間開關(guān)器件上的電壓即吸收電容C上的電壓等于0,關(guān)斷動作會在C 上形成一個充電過程,延緩電壓恢復(fù),降低dv/dt,實現(xiàn)軟關(guān)斷

開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之RCD吸收不適應(yīng)性
RCD吸收一般不適合反激拓撲的吸收,這是因為RCD吸收可能與反激拓撲相沖突。RCD吸收一般不適合對二極管反壓尖峰的吸收,因為RCD吸收動作有可能加劇二極管反向恢復(fù)電流。

開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之RCD鉗位
盡管RCD鉗位與RCD吸收電路可以完全相同,但元件參數(shù)和工況完全不同。RCD吸收RC時間常數(shù)遠小于PWM周期,而RCD鉗位的RC時間常數(shù)遠大于PWM周期。與RCD吸收電容的全充全放工況不同,開關(guān)電源緩沖吸收電路之RCD鉗位的電容可以看成是電壓源,其RC充放電幅度的谷值應(yīng)不小于拓撲反射電壓,峰值即鉗位電壓。由于RCD鉗位在PWM電壓的上升沿和下降沿都不會動作,只在電壓尖峰出現(xiàn)時動作,因此RCD鉗位是高效率的吸收。

開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之齊納鉗位也是在電壓尖峰才起作用,也是高效率吸收。
某些場合,齊納鉗位需要考慮齊納二極管的反向恢復(fù)特性對電路的影響。
齊納吸收需注意吸收功率匹配,必要時可用有源功率器件組成大功率等效電路無損吸收。

開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之無損吸收的條件
吸收網(wǎng)絡(luò)不得使用電阻。不得形成LD電流回路。吸收回路不得成為拓撲電流路徑。
吸收能量必須轉(zhuǎn)移到輸入側(cè)或者輸出側(cè)。盡量減少吸收回路二極管反向恢復(fù)電流的影響。
無損吸收是強力吸收,不僅能夠吸收電壓尖峰,甚至能夠吸收拓撲反射電壓,比如:開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之緩沖,緩沖是對沖擊尖峰電流而言,引起電流尖峰第一種情況是二極管(包括體二極管)反向恢復(fù)電流。
引起電流尖峰第二種情況是對電容的充放電電流。這些電容可能是:電路分布電容、變壓器繞組等效分布電容、設(shè)計不恰當(dāng)?shù)奈针娙?、設(shè)計不恰當(dāng)?shù)闹C振電容、器件的等效模型中的電容成分等等。

開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之緩沖的基本方法:在沖擊電流尖峰的路徑上串入某種類型的電感,
開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之緩沖的特性:由于緩沖電感的串入會顯著增加吸收的工作量,因此緩沖電路一般需要與吸收電路配合使用。
緩沖電路延緩了導(dǎo)通電流沖擊,可實現(xiàn)某種程度的軟開通(ZIS)。變壓器漏感也可以充當(dāng)緩沖電感。開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之LD 緩沖

開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之特點:
可不需要吸收電路配合。緩沖釋能二極管與拓撲續(xù)流二極管電流應(yīng)力相當(dāng)甚至更大。
緩沖釋能二極管的損耗可以簡單理解為開關(guān)管減少的損耗。適當(dāng)?shù)木彌_電感(L3)參數(shù)可以大幅度減少開關(guān)管損耗,實現(xiàn)高效率。開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之LR 緩沖。需要吸收電路配合以轉(zhuǎn)移電感剩余能量。緩沖釋能電阻R的損耗較大,可簡單理解為是從開關(guān)管轉(zhuǎn)移出來的損耗。R、L參數(shù)必須實現(xiàn)最佳配合,參數(shù)設(shè)計調(diào)試比較難以掌握。

只要參數(shù)適當(dāng)仍然能夠?qū)崿F(xiàn)高效率。開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之飽和電感緩沖
飽和電感的電氣性能表現(xiàn)為對di/dt敏感。在一個沖擊電流的上升沿,開始呈現(xiàn)較大的阻抗,隨著電流的升高逐漸進入飽和,從而延緩和削弱了沖擊電流尖峰,即實現(xiàn)軟開通。

在電流達到一定程度后,飽和電感因為飽和而呈現(xiàn)很低的阻抗,這有利于高效率地傳輸功率。
在電流關(guān)斷時,電感逐漸退出飽和狀態(tài),一方面,由于之前的飽和狀態(tài)的飽和電感量非常小,即儲能和需要的釋能較小。另一方面,退出時電感量的恢復(fù)可以減緩電壓的上升速度,有利于實現(xiàn)軟關(guān)斷。以Ls2為例,5u表示磁路截面積5mm2,大致相當(dāng)于1顆PC40材質(zhì)4*4*2的小磁芯。

開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之飽和電感特性
飽和電感是功率器件,通過進入和退出飽和過程的磁滯損耗(而不是渦流損耗或者銅損)吸收電流尖峰能量,主要熱功率來自于磁芯。這一方面要求磁芯應(yīng)該是高頻材料,另一方面要求磁芯溫度在任何情況下不得超過居里溫度。這意味著飽和電感的磁芯應(yīng)該具有最有利的散熱特性和結(jié)構(gòu),即:更高的居里溫度、更高的導(dǎo)熱系數(shù)、更大的散熱面積、更短的熱傳導(dǎo)路徑。

開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之飽和特性
顯然飽和電感一般不必考慮使用氣隙或者不易飽和的低導(dǎo)磁率材料。
初始電感等效特性在其他條件相同情況下,較低導(dǎo)磁率的磁芯配合較多匝數(shù)、與較高導(dǎo)磁率的磁芯配合較少匝數(shù)的飽和電感初始電感相當(dāng),緩沖效果大致相當(dāng)。這意味著直接采用1 匝的穿心電感總是可能的,因為任何多匝的電感總可以找到更高導(dǎo)磁率的磁芯配合1 匝等效之。這還意味著磁芯最高導(dǎo)磁率受到限制,如果一個適合的磁芯配合1 匝的飽和電感,將沒有使用更高導(dǎo)磁率的磁芯配合更少匝數(shù)的可能。
開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之磁芯體積等效特性
在其他條件相同情況下,相同體積的磁芯的飽和電感緩沖效果大致相當(dāng)。既然如此,磁芯可以按照最有利于散熱的磁路進行設(shè)計。比如細長的管狀磁芯比環(huán)狀磁芯、多個小磁芯比集中一個大磁芯、穿心電感比多匝電感顯然具有更大的散熱表面積。
開關(guān)電源中的緩沖吸收電路之組合特性
有時候,單一材質(zhì)的磁芯并不能達到工程上需要的緩沖效果,采用多種材質(zhì)的磁芯相互配合或許才能能夠滿足工程需要。

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