開(kāi)關(guān)電源中RC緩沖電路的設(shè)計(jì)
當(dāng)開(kāi)關(guān)管帶緩沖電路時(shí),其集電極電壓和電流波形如圖3所示(以正激變換器為例)。本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/180622.htm
在圖1中,當(dāng)Q開(kāi)始關(guān)斷時(shí),其電流開(kāi)始下降,而變壓器漏感會(huì)阻止這個(gè)電流的減小。一部分電流將繼續(xù)通過(guò)將要關(guān)斷的開(kāi)關(guān)管,另一部分則經(jīng)RC緩沖電路并對(duì)電容C充電,電阻R的大小與充電電流有關(guān)。
Ic的一部分流進(jìn)電容C,可減緩集電極電壓的上升。通過(guò)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(kāi)關(guān)管的關(guān)斷損耗,同時(shí)還可以抑制集電極漏感尖峰電壓。
圖3中的A-C階段為開(kāi)關(guān)管關(guān)斷階段,C-D為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通階段。在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷前,電容C兩端電壓為零。在關(guān)斷時(shí)刻(B時(shí)刻),C會(huì)減緩集電極電壓的上升速度,但同時(shí)也被充電到2Vdc(在忽略該時(shí)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,而且決定了電阻R上的能量損耗。在Q關(guān)斷瞬間,C上的電壓為2Vdc,它儲(chǔ)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(nèi)消耗在R上的能量為:
對(duì)限制集電極上升電壓來(lái)說(shuō),C應(yīng)該越大越好;但從系統(tǒng)效率出發(fā),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(dá)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(tǒng)損耗過(guò)大而使效率過(guò)低。
在圖3中,由于在下一個(gè)關(guān)斷開(kāi)始時(shí)刻(D時(shí)刻)必須保證C兩端沒(méi)有電壓,所以,在B時(shí)刻到D時(shí)刻之間的某時(shí)間段內(nèi),C必須放電。實(shí)際上,電容C在C-D這段時(shí)間內(nèi),也可以通過(guò)電阻R經(jīng)Q和R構(gòu)成的放電回路進(jìn)行放電。因此,在選擇了一個(gè)足夠大的C后,R應(yīng)使C在最小導(dǎo)通時(shí)間ton內(nèi)放電至所充電荷的5%以下,這樣則有:
式(1)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(shè)計(jì)RC緩沖電路的關(guān)鍵,下面介紹一種比較實(shí)用的選擇電容C的方法。
事實(shí)上,當(dāng)Q開(kāi)始關(guān)斷時(shí),假設(shè)最初的峰值電流Ip的一半流過(guò)C,另一半仍然流過(guò)逐漸關(guān)斷的Q集電極,同時(shí)假設(shè)變壓器中的漏感保持總電流仍然為Ip。那么,通過(guò)選擇合適的電容C,以使開(kāi)關(guān)管集電極電壓在時(shí)間tf內(nèi)上升到2Vdc(其中tf為集電極電流從初始值下降到零的時(shí)間,可以從開(kāi)關(guān)管數(shù)據(jù)手冊(cè)上查詢),則有:
因此,從式(1)和式(3)便能計(jì)算出電容C的大小。在確定了C后,而最小導(dǎo)通時(shí)間已知,這樣,通過(guò)式(2)就可以得到電阻R的大小。
2 帶RC緩沖的正激變換器主電路設(shè)計(jì)
2.1 電路設(shè)計(jì)
圖4所示是一個(gè)帶有RC緩沖電路的正激變換器主電路。該主電路參數(shù)為:Np=Nr=43匝。Ns=32匝,開(kāi)關(guān)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。
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