跟電源專家陶顯芳學電源技術(shù)（完）：RCD尖峰脈沖吸收電路參數(shù)計算舉例

　　1、開關(guān)變壓器初級線圈漏感Ls的計算

　　反激式開關(guān)變壓器的漏感一般都比較大，漏感與初級線圈電感之比，大多數(shù)都在2～5%之間。漏感的大小主要與變壓器初、次級線圈的繞法、鐵芯和骨架的結(jié)構(gòu)，以及氣隙大小等參數(shù)有關(guān)，還與磁通密度取值的大小有關(guān)，因為磁通密度取得越大，導磁率就會越小，漏感相對也要增大。漏感小于2%或大于15%的開關(guān)變壓器，其結(jié)構(gòu)一般都比較特殊。

　　開關(guān)變壓器初級線圈電感量的大小，主要與開關(guān)電源的工作頻率有關(guān)，還與工作電壓和輸出功率的大小有關(guān)。一般輸出功率越大，工作頻率就越低，電感量相應(yīng)也要增大；而工作電壓越高，電感量也越大。開關(guān)變壓器初級線圈的電感L和漏感Ls的大小可以用儀表直接測量，一般工作頻率為30～50kHz，工作電壓為AC110V~220V的開關(guān)變壓器，其初級線圈的電感量大約為：300～1000微亨，漏感大約為：10～100微亨；計算時，可按3～6%的比例來取值進行估算。例如：L=1000uH，則可取 Ls = 30～60uH。

　　2、尖峰脈沖吸收電容器容量的計算

　　要計算尖峰脈沖吸收電容器容量，首先要計算流過變壓器初級線圈電流的最大值。計算流過變壓器初級線圈的最大電流Im可根據(jù)開關(guān)電源的最大輸入功率Pm來估算。電流Im可根據(jù)開關(guān)電源的最大輸入功率Pm來估算。根據(jù)（26）式，當輸出功率一定時，輸入電壓在一定的范圍內(nèi)，流過變壓器初級線圈的最大電流Im和輸出電壓Uo基本是穩(wěn)定的；變壓器初、次級線圈反激輸出電壓的半波平均值也基本是穩(wěn)定的，與輸入電壓的大小無關(guān)，但對應(yīng)不同的輸入電壓必須對應(yīng)不同的占空比，參看（41）、（42）式。

　　當流過開關(guān)變壓器初級線圈的最大電流確定之后，尖峰脈沖吸收電容器容量以及電容充電時電壓增量的數(shù)值就可以按（33）～（36）式進行計算。

　　大多數(shù)反激式開關(guān)電源的最大輸出功率都在100W以下，因為用于反激式開關(guān)電源功率損耗大于10W的電源開關(guān)管種類很少，如需要較大的輸出功率，一般都選用半橋式或全橋式雙激式開關(guān)電源。

　　當考慮電阻R對電容器C充電的分流作用，以及開關(guān)管由導通到完全關(guān)斷期間，漏極電流對電容器C充電的分流作用時，根據(jù)（36）式，假設(shè)分流系數(shù)r = 0.5 ，則（52）式還可改寫為：

　　上面（52）和（53）式的計算結(jié)果，可作為對RCD尖峰脈沖吸收電路進行試驗時，選擇電容器容量的上限和下限，最終結(jié)果需要通過電路試驗來決定。

　　試驗時，以輸入電壓和輸出功率的最大值為條件，然后，由大到小，選擇不同容量的電容器做試驗，用示波器觀測電源開關(guān)管D-S兩端的電壓，直到Uds與最高耐壓BVm兩者之差能滿足余量要求時，為最佳結(jié)果。

　　這里順便說明一下，為什么（53）式中的分流系數(shù)取值為0.5，而不是其它數(shù)值。因為，分流系數(shù)r的取值范圍是0～1，它是一個動態(tài)系數(shù)，它的大小，除了與輸入電壓和輸出功率和RCD電路中電容、電阻的大小有關(guān)外，還與開關(guān)管的關(guān)斷時間，以及電流大小有關(guān)系。

　　3、尖峰脈沖吸收電阻阻值的計算

　　紋波電壓 的大小與釋放電阻R的大小還有關(guān)。一旦電容器的容量確定之后，釋放電阻R的大小就可以根據(jù)（45）～（49）來計算。根據(jù)（38）式，電容器兩端最高電壓為：

　　根據(jù)（46）式，電容器兩端最低電壓為：

　　把（54）和（55）式的結(jié)果代入（49）式，即可求出RC的值：

　即：計算結(jié)果為：C = 4395P ； R = 4096 歐姆。

　　試驗結(jié)果表明，（53）和（59）式的計算結(jié)果是合理的。當開關(guān)變壓器初級線圈的漏感為5%時，其反激輸出電壓的平均功率也為5%（Pa = 2.5W）；由于電容器C兩端電壓的半波平均值為108V，由此可求得電阻R（4096 歐姆）損耗的功率為2.85W，與精確值2.5瓦相差0.35W。這正是把（36）式設(shè)為電容器取值范圍下限，對應(yīng)（53）和（59）所求得的結(jié)果，即由（59）所求得的結(jié)果還是一個保守的結(jié)果，但其離精確值已經(jīng)非常近。

　　當輸入電壓為最大值（AC260V）的時候，其占空比大約只有0.3左右，因此，電容器充電的時間要比放電的時間長很多；但在電容器還充電期間變壓器初級線圈會出現(xiàn)斷流，這相當于電容器會提前放電，其結(jié)果與占空比等于0.5時的結(jié)果基本相同。但做試驗時，最好還是以輸入電壓為最大值時為準。如電阻R的值取得小些，相當于分流系數(shù)r降低，這對降低開關(guān)管的關(guān)斷損耗是有好處的，因為，開關(guān)變壓器漏感儲存的磁能量，一部分是通過開關(guān)管關(guān)斷時產(chǎn)生的損耗來釋放的，另一部分則是通過RCD回路中的電容充電和電阻分流來進行釋放；但電阻的阻值取得太小，又會從勵磁電感線圈吸收能量，降低開關(guān)電源的工作效率。

　　在反激式開關(guān)電源中，很多人用一個穩(wěn)壓二極管來代替RCD電路中的電阻和電容，用以對開關(guān)管進行過壓保護，如圖8所示。從原理上來說，這種方法對開關(guān)管的過壓保護是非常有效的，但實踐證明，這種保護方法可靠性很差。因為，當開關(guān)管關(guān)斷時，1.95A（以上面計算結(jié)果為例）的電流流過150～200V的穩(wěn)壓二極管，其產(chǎn)生的瞬時功率高達290～390W，這么大的瞬時功率很容易使穩(wěn)壓二極管局部損傷，當損傷程度達到某個臨界點后，就會產(chǎn)生熱擊穿，造成永久失效。

　　另外，當穩(wěn)壓二極管還沒擊穿之前，它不會對開關(guān)管分流，從而大大增大開關(guān)管的管斷損耗；并且，流過穩(wěn)壓二極管的電流還產(chǎn)生很大的電流突跳，很容易產(chǎn)生高頻電磁輻射。因此，對開關(guān)管進行過壓保護，在技術(shù)性能方面，選用RC要遠遠優(yōu)于選用穩(wěn)壓二極管。

　　減小開關(guān)變壓器的漏感是提高開關(guān)電源工作效率和工作可靠性的最好方法，但這一點很少人注意。