RC緩沖電路

關鍵：主電路拓撲結構。

如下電路所示：

RC組成的正激變換器的緩沖電路
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Q關斷，集電極電壓開始上升到2Vdc，電容C限制集電極電壓的上升速度，并減小上升電壓和下降電流的重疊，減低開關管Q的損耗。

下次開關關斷前，C必將已充滿的電壓2Vdc放完，放電路徑為C→Q→R。

如：開關管沒帶緩沖電路

正激變換器的復位繞組和初級繞組匝數相同。

當Q關斷瞬間，儲存在勵磁電感和漏感中的能量釋放，初級繞組兩端電壓極性反向，正激變換器的開關管集電極電壓迅速上升到2Vdc。

同時，勵磁電流經二極管D流向復位繞組，最后減小到零，此時Q兩端電壓下降到Vdc。

如下電路所示
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關管集電極電流和電壓波形。

開關管不帶緩沖電路，在Q關斷時，其兩端的漏感電壓尖峰很大，產生的關斷損耗也很大，嚴重時很可能會燒壞開關管，因此，必須給開關管加上緩沖電路。

當開關管帶緩沖電路，其集電極電壓和電流波形

如下電路所示
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如上第一個電路圖

當Q開始關斷，其電流開始下降，而變壓器漏感會阻止這個電流的減小。

一部分電流將繼續通過將要關斷的開關管。

一部分則經RC緩沖電路并對電容C充電，電阻R的大小與充電電流有關。

Ic的一部分流進電容C，可減緩集電極電壓的上升。

通過選取足夠大的C，可以減少集電極的上升電壓與下降電流的重疊部分，從而顯著降低開關管的關斷損耗，同時還可抑制集電極漏感尖峰電壓。

如上電路圖3中所示

A-C階段：為開關管關斷階段，C-D為開關管導通階段。

在開關管關斷前，電容C兩端電壓為零。

在關斷時刻(B時刻)，C會減緩集電極電壓的上升速度，但同時也被充電到2Vdc

(在忽略該時刻的漏感尖峰電壓的情況下)。

電容C的大小不僅影響集電極電壓的上升速度，且決定電阻R上的能量損耗。

在Q關斷瞬間，C上的電壓為2Vdc，它儲存的能量為0．5C(2Vdc)2焦耳。

如果該能量全部消耗在R上，則每周期內消耗在R上的能量為：

對限制集電極上升電壓來說，C應該越大越好；

但從系統效率出發，C越大，損耗越大，效率越低。

因此，必須選擇合適的C，使其既能達到一定的減緩集電極上升電壓速度的作用，又不至于使系統損耗過大而使效率過低。

因在下一個關斷開始時刻即D時刻，必須保證C兩端沒有電壓，所以在B時刻到D時刻間的某時間段內，C必須放電。

實際上，電容C在C-D這段時間內，可通過電阻R經Q和R構成的放電回路進行放電。

因此，在選擇了一個足夠大的C后，R應使C在最小導通時間ton內放電至所充電荷的5％以下，這樣則有：

第一個公式表明：R上的能量損耗是和C成正比的，因而必須選擇合適的C，這樣，如何選擇C就成了設計RC緩沖電路的關鍵。

事實上，當Q開始關斷時，假設最初的峰值電流Ip的一半流過C。

另一半仍然流過逐漸關斷的Q集電極，同時假設變壓器中的漏感保持總電流仍然為Ip。

那么，通過選擇合適的電容C，以使開關管集電極電壓在時間tf內上升到2Vdc(其中tf為集電極電流從初始值下降到零的時間，可以從開關管數據手冊上查詢)，則有：

從上面公式即可計算出電容C。

最小導通時間已知，即可得到電阻R的大小。

帶RC緩沖的正激變換器主電路

如下電路所示
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一個帶有RC緩沖電路的正激變換器主電路。該主電路參數為：Np=Nr=43匝。Ns=32匝，開關頻率f=70 kHz，輸入電壓范圍為直流48～96 V，輸出為直流12 V和直流0．5 A。

開關電源之MOSFET管的關斷緩沖電路

開關管Q為MOSFET，型號為IRF830，其tf一般為30 ns。Dl、D2、D3為快恢復二極管，其tf很小(通常tf=30 ns)。

輸出功率P0=V0I0=6 W

假設變換器的效率為80％，每一路RC緩沖電路所損耗的功率占輸出功率的1％，這里取Vdc=48 V。

實驗結果分析

下面分兩種情況對該設計進行實驗分析，一是初級繞組有緩沖，次級無緩沖；二是初級無緩沖，次級有緩沖。

(1)初級繞組有緩沖，次級無緩沖

該實驗測量的是開關管Q兩端的漏源電壓，實驗分以下兩種情況：

第一種情況：RS1=1．5 kΩ，CS1不定，輸入直流電壓Vdc為48 V。

結果：在RS1不變的情況下，CSl越大，雖然開關管Q的漏感尖峰電壓無明顯降低，但它的漏源電壓變得平緩了，這說明在初級開關管的RC緩沖電路中，CSl應該選擇比較小的值。

第二種情況：CSl=33 pF，RS1不定，輸入直流電壓Vdc為48 V。

結果：當CS1不變時，RS1越大，開關管Q的漏感尖峰電壓越大(增幅比較小)。

可見，RC緩沖電路中，參數R的大小對降低漏感尖峰有很大的影響。在選定一個合適的C，同時滿足式(2)時，R應該選擇比較小的值。

次級繞組有緩沖，初級無緩沖

以D2、D3的陰極作為公共端來測量快恢復二極管的端壓，其結果是，當R不變時，C越大，二極管兩端的漏感尖峰越小。

理論上：如果C為無窮大時，二極管兩端的電壓中就沒有漏感尖峰。而在實際中，只需讓二極管兩端電壓的漏感尖峰電壓在其端壓峰值的30％以內就可以滿足要求了，這樣同時成本也不會太高。

設計參數的確定

通過實驗分析可見，在次級快恢復二極管的RC緩沖電路中，當選擇了適當大小的電容C時，在滿足式(2)的情況下，電阻R應該選擇得越小越好。最終經過實際調試，本設計選擇的RC緩沖電路參數為：

初級：RS1=200，CSl=100 pF

次級：RS2=RS3=5l，CS2=CS3=1000 pF

此設計初級開關管的RC緩沖電路中的C值雖然選得稍微比計算值大一些，但損耗也不是很大，因此還是可以接受的。

相對初級而言，次級快恢復二極管的RC緩沖電路中的C值就選得比計算值大得多，系統的損耗必然增大。

但是，并聯在快恢復二極管兩端的RC緩沖電路主要是為了改善系統輸出性能，因此選擇比較大的C值雖然會使系統的整體效率降低，但二極管兩端的漏感尖峰就減小了很多，而且輸出電壓的紋波也可以達到指定要求。

審核編輯：湯梓紅