电源与运行指示灯二合一的优化策略

出处:网络整理时间:2025-06-26
电子电路设计领域,反激电源的 RC 吸收电路是一个至关重要的组成部分。下面我们将深入探讨反激电源 RC 吸收电路的相关知识。

一、什么是 RC 吸收


RC 吸收是指在电路设计中,尤其是在开关电源、功率电子设备以及电力电子系统中,使用电阻与电容串联组成的电路结构,用于吸收和衰减电路中由于开关元件(如 MOSFET、IGBT 等)的快速切换所产生的过电压和过电流现象。在反激变换器中,当 MOS 管关断的瞬间,由变压器漏感 LLK 与 MOS 管的输出电容造成的谐振尖峰加在 MOS 管的漏极。若不加以限制,MOS 管的寿命将会大打折扣,因此需要采取措施把这个尖峰吸收掉。电压尖峰的本质是一个对结电容的 dv/dt 充放电过程,而 dv/dt 是由电感电流的瞬变(di/dt)引起的,所以,降低 di/dt 或者 dv/dt 的任何措施都可以降低电压尖峰,这就是吸收的原理。

二、RC 吸收的作用


  1. 降低尖峰电压:有效抑制电路中的过电压,保护开关元件。
  2. 缓冲尖峰电流:减少电流冲击对电路的影响。
  3. 改善 EMI 品质:降低 di/dt 和 dv/dt,减少电磁干扰。
  4. 减低开关损耗:实现某种程度的软开关,提高电路效率。不过,提高效率是相对而言的,若取值不合理不但不能提高效率,弄不好还可能降低效率。
  5. 提高效率:设计得当的 RC 吸收电路,在降低电压尖峰的同时也有可能提高效率。


三、RC 吸收的特点


  1. 双向吸收:一个典型的被吸收电压波形中包括上升沿、上升沿过冲、下降沿这三部分,RC 吸收回路在这三个过程中都会产生吸收功率。通常情况下我们只希望对上升沿过冲实施吸收,这意味着 RC 吸收效率不高。
  2. 不能完全吸收:虽然 RC 吸收理论上可以完全吸收掉上升沿过冲,但这样做付出的代价太大。因此,RC 吸收定一个合适的吸收指标,不要指望它能够把尖峰完全吸收掉。
  3. 能量单向转移:RC 吸收是能量的单向转移,就地将吸收的能量转变为热能。尽管如此,这并不能说损耗增加了,在很多情况下,吸收电阻的发热增加了,与电路中另外某个器件的发热减少是相对应的,总效率不一定下降。

四、吸收的误区


  1. Buck 续流二极管反压尖峰超标:若在二极管两端加 RC 吸收,这种方法是错误的。因为这个反压尖峰并不是二极管引起的,尽管表现是在这里。这时只要加强 MOS 管的吸收或者采取其他适当的措施,这个尖峰就会消失或者削弱。
  2. 副边二极管反压尖峰超标:在这个二极管上拼命吸收也是错误的。副边二极管反压尖峰超标都是漏感惹的祸,正确的方法是处理漏感能量。
  3. 反激 MOS 反压超标:在 MOS 上拼命吸收同样错误。如果是漏感尖峰,或许吸收能够解决问题。如果是反射电压引起的,吸收不但不能解决问题,效率还会低得一塌糊涂,因为改变了拓扑。

五、吸收的改善


书上网络上都有关于吸收回路的计算方法的介绍,但由于寄生参数的影响,这些公式几乎没有实际意义。实际上大部分的 RC 参数是靠实验来调整的,但 RC 的组合理论上有无穷多,怎么来初选这个值是很关键的。下面介绍一些实用的理论和方法:
  1. 测量原始震荡频率:先不加 RC,用容抗比较低的电压探头测出原始的震荡频率(注意用低电容的探头,因为探头的电容会引起震铃频率的改变,使设计结果不准)。此震荡是由 LC 形成的,L 主要是变压器次级漏感和布线的电感,C 主要是二极管结电容和变压器次级的杂散电容。例如,在某设计中测量二极管 D 两端原始振荡频率为 33.3MHz(未加 RC 吸收前)。


  1. 确定吸收电容值:测出原始震荡频率后,可以试着在二极管上面加电容(与二极管并联方式),直到震荡频率变为原来的 1/2(一半)。如增加的电容为 470pF,此时震荡频率变为 16.7MHz(只加了 C9 后),则原来震荡的 C(杂散电容)为所加电容的 1/3(意思是 470pF = 3*C),震荡的主体由原来的 C 变为了我们所加的电容 C9。
  2. 计算电阻值:知道了吸收电容 C9 的值就可以算 R 值了。一般把 R 加到吸收 C 上时,震荡就可以大大衰减。这时再适当调整 C 值的大小,直到震荡基本被抑制。在上述电路中选择 R = 33R,可以看到振荡已基本完全消除(加了 RC 后)。

六、吸收电路测试经验总结


  1. 吸收电容 C 的影响
    • 并非吸收越多损耗越大,适当的吸收有一个效率点。
    • 吸收电容 C 的大小与吸收功率(R 的损耗)呈正比关系,即吸收功率基本上由吸收电容决定。
  2. 吸收电阻 R 的影响
    • 吸收电阻的阻值对吸收效果干系重大,影响明显。
    • 吸收电阻的阻值对吸收功率影响不大,即吸收功率主要由吸收电容决定。
    • 当吸收电容确定后,一个适中的吸收电阻才能达到的吸收效果。
    • 当吸收电容确定后,的吸收效果发生在发生吸收功率处,换言之,哪个电阻发热厉害就合适。
    • 当吸收电容确定后,吸收程度对效率的影响可以忽略。
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