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

作者: 時間:2012-12-16 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  1、開關(guān)變壓器初級線圈漏感Ls的計(jì)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?yàn)榇磐芏热〉迷酱螅瑢?dǎo)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(jì)算時,可按3~6%的比例來取值進(jìn)行估算。例如:L=1000uH,則可取 Ls = 30~60uH。

  2、吸收電容器容量的計(jì)算

  要計(jì)算吸收電容器容量,首先要計(jì)算流過變壓器初級線圈電流的最大值。計(jì)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(dāng)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(dāng)流過開關(guān)變壓器初級線圈的最大電流確定之后,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(jìn)行計(jì)算。

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  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?yàn)橛糜诜醇な介_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。

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  當(dāng)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(dǎo)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:

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  上面(52)和(53)式的計(jì)算結(jié)果,可作為對尖峰脈沖吸收電路進(jìn)行試驗(yàn)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(yàn)來決定。

  試驗(yàn)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(yàn),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?yàn)?,分流系?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(jì)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(jì)算。根據(jù)(38)式,電容器兩端最高電壓為:

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  根據(jù)(46)式,電容器兩端最低電壓為:

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

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

  試驗(yàn)結(jié)果表明,(53)和(59)式的計(jì)算結(jié)果是合理的。當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(yàn)時,最好還是以輸入電壓為最大值時為準(zhǔn)。如電阻R的值取得小些,相當(dāng)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?yàn)?,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,另一部分則是通過回路中的電容充電和電阻分流來進(jìn)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(jìn)行過壓保護(hù),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(hù)是非常有效的,但實(shí)踐證明,這種保護(hù)方法可靠性很差。因?yàn)?,?dāng)開關(guān)管關(guān)斷時,1.95A(以上面計(jì)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(dá)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(dāng)損傷程度達(dá)到某個臨界點(diǎn)后,就會產(chǎn)生熱擊穿,造成永久失效。

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  另外,當(dāng)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(jìn)行過壓保護(hù),在技術(shù)性能方面,選用RC要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(diǎn)很少人注意。

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