盘点开关电源中的缓冲吸收电路

盘点开关电源中的缓冲吸收电路
缓冲电路是控制开关器件快速上升和下降引起的瞬态尖峰的重要办法。它们通常主要是由一些无源器件组成的网络,用来控制电路中无功元件产生的振荡。合理的缓冲电路,可以提高电路的可靠性和效率,降低EMI,并实现更高的工作频率。缓冲器的基本目的是吸收由寄生成分引起的无功能量,并且将能量消耗掉或者将引导至能够回收的地方。
而来自磁性器件和长PCB走线或环路中的电感,以及半导体结电容和布线耦合,这些是无功能量的常见来源。无论如何由于根本原因通常是寄生参数的影响,所以最重要的原则是尽量减少这些寄生参数。至于怎么样才能做到这一点,将在后面的章节中更详细地讨论。但在这里,我们是假设在PCB布局已经很好地完成了接下来谈论如何设计缓冲器大多数缓冲器都是针对特定的问题去设计的但是还是做一些分类可以帮助理解。第一个分类标准是将它们分成无源(只是电阻、电容、电感和二极管的组合)和有源(使用开关管)缓冲吸收电路,但另一个分类标准是看缓冲器是属于能量耗散还是非耗散类型,第三个分类标准是控制电压还是电流。任何时候感性元件遇到容性元件,如果还存在快速变化的电流或电压,其结果可能就是产生振荡。
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)
换句话说,防止器件损坏只是吸收和缓冲的功能之一,其他功能也很有价值。
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有:变压器漏电感、线路分布电感、器件等效模型中的感性元件等。
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,电压尖峰仍不可接受,最后考虑吸收。吸收是最后的技术措施
拓扑吸
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

本文发布于:2024-09-22 01:54:31,感谢您对本站的认可!

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