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功率电感:在开关电源中RC缓冲电路的设计应用(二)

2014/8/26

  在图1中,当Q开始关断时,其电流开始下降,而变压器漏感会阻止这个电流的减小。一部分电流将继续通过将要关断的开关管,另一部分则经RC缓冲电路并对电容C充电,电阻R的大小与充电电流有关。

  Ic的一部分流进电容C,可减缓集电极电压的上升。通过选取足够大的C,可以减少集电极的上升电压与下降电流的重叠部分,从而显著降低开关管的关断损耗,同时还可以抑制集电极漏感尖峰电压。

  图3中的A-C阶段为开关管关断阶段,C-D为开关管导通阶段。在开关管关断前,电容C两端电压为零。在关断时刻(B时刻),C会减缓集电极电压的上升速度,但同时也被充电到2Vdc(在忽略该时刻的漏感尖峰电压的情况下)。

  电容C的大小不仅影响集电极电压的上升速度,而且决定了电阻R上的能量损耗。在Q关断瞬间,C上的电压为2Vdc,它储存的能量为0.5C(2Vdc)2焦耳。如果该能量全部消耗在R上,则每周期内消耗在R上的能量为:

  对限制集电极上升电压来说,C应该越大越好;但从系统效率出发,C越大,损耗越大,效率越低。因此,必须选择合适的C,使其既能达到一定的减缓集电极上升电压速度的作用,又不至于使系统损耗过大而使效率过低。

  在图3中,由于在下一个关断开始时刻(D时刻)必须保证C两端没有电压,所以,在B时刻到D时刻之间的某时间段内,C必须放电。实际上,电容C在C-D这段时间内,也可以通过电阻R经Q和R构成的放电回路进行放电。因此,在选择了一个足够大的C后,R应使C在小导通时间ton内放电至所充电荷的5%以下,这样则有:

  式(1)表明R上的能量损耗是和C成正比的,因而必须选择合适的C,这样,如何选择C就成了设计RC缓冲电路的关键,下面介绍一种比较实用的选择电容C的方法。

  事实上,当Q开始关断时,假设初的峰值电流Ip的一半流过C,另一半仍然流过逐渐关断的Q集电极,同时假设变压器中的漏感保持总电流仍然为Ip。那么,通过选择合适的电容C,以使开关管集电极电压在时间tf内上升到2Vdc(其中tf为集电极电流从初始值下降到零的时间,可以从开关管数据手册上查询),则有:

  因此,从式(1)和式(3)便能计算出电容C的大小。在确定了C后,而小导通时间已知,这样,通过式(2)就可以得到电阻R的大小。

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梁先生05:42:44
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