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【原創(chuàng)】整流管尖峰吸收電路探討

最近在電源網(wǎng)上看到還有朋友在討論Flyback的次級側(cè)整流二極管的RC尖峰吸收問題,覺得大家在處理此類尖峰問題上仍過于傳統(tǒng),其實(shí)此處用RCD吸收會比用RC 吸收效果更好,用RCD吸收,其整流管尖峰電壓可以壓得更低(合理的參數(shù)搭配,可以完全吸收,幾乎看不到尖峰電壓),而且吸收損耗也更小。

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haibin
LV.5
2
2010-08-26 15:50

整流二極管電壓波形(RC吸收)  整流二極管電壓波形(RCD吸收)  

從這兩張仿真圖看來,其吸收效果相當(dāng),如不考慮二極管開通時高壓降,可以認(rèn)為吸收已經(jīng)完全。

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haibin
LV.5
3
2010-08-26 16:16

我們再看看兩種吸收電路對應(yīng)的吸收損耗問題(以Flyback為例):

采用RC吸收:C上的電壓在初級MOS開通后到穩(wěn)態(tài)時的電壓為Vo+Ui/N,(Vo為輸出電壓,Ui輸入電壓,N為變壓器初次級匝比),因?yàn)槲覀冊O(shè)計的RC的時間參數(shù)遠(yuǎn)小于開關(guān)周期,可以認(rèn)為在一個吸收周期內(nèi),RC充放電能到穩(wěn)態(tài),所以每個開關(guān)周期,其吸收損耗的能量為:次級漏感尖峰能量+RC穩(wěn)態(tài)充放電能量,近似為RC充放電能量=C*(Vo+Ui/N)^2(R上消耗能量,每個周期充一次放一次),所以RC吸收消耗的能量為 fsw*C*(Vo+Ui/N)^2,以DC300V輸入,20V輸出,變壓器匝比為5,開關(guān)頻率為100K,吸收電容為2.2nF為例,其損耗的能量為2.2N*(20+300/5)^2*100K=1.4w ;

采用RCD吸收,因?yàn)椴捎肦CD吸收,其吸收能量包括兩部分,一部分是電容C上的DC能量,一部分就是漏感能量轉(zhuǎn)換到C上的尖峰能量,因?yàn)槁└蟹浅P?,其峰值電流由不可能太大,所以能量也非常有限,相對來講,只考慮R消耗的直流能量就好了,以上面同樣的參數(shù),C上的直流電壓為Vo+Ui/N=80V,電阻R取47K,其能量消耗為0.14W,相比上面的1.4W,“低碳”效果非凡。

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haibin
LV.5
4
2010-08-26 17:48
@haibin
我們再看看兩種吸收電路對應(yīng)的吸收損耗問題(以Flyback為例):采用RC吸收:C上的電壓在初級MOS開通后到穩(wěn)態(tài)時的電壓為Vo+Ui/N,(Vo為輸出電壓,Ui輸入電壓,N為變壓器初次級匝比),因?yàn)槲覀冊O(shè)計的RC的時間參數(shù)遠(yuǎn)小于開關(guān)周期,可以認(rèn)為在一個吸收周期內(nèi),RC充放電能到穩(wěn)態(tài),所以每個開關(guān)周期,其吸收損耗的能量為:次級漏感尖峰能量+RC穩(wěn)態(tài)充放電能量,近似為RC充放電能量=C*(Vo+Ui/N)^2(R上消耗能量,每個周期充一次放一次),所以RC吸收消耗的能量為fsw*C*(Vo+Ui/N)^2,以DC300V輸入,20V輸出,變壓器匝比為5,開關(guān)頻率為100K,吸收電容為2.2nF為例,其損耗的能量為2.2N*(20+300/5)^2*100K=1.4w;采用RCD吸收,因?yàn)椴捎肦CD吸收,其吸收能量包括兩部分,一部分是電容C上的DC能量,一部分就是漏感能量轉(zhuǎn)換到C上的尖峰能量,因?yàn)槁└蟹浅P?,其峰值電流由不可能太大,所以能量也非常有限,相對來講,只考慮R消耗的直流能量就好了,以上面同樣的參數(shù),C上的直流電壓為Vo+Ui/N=80V,電阻R取47K,其能量消耗為0.14W,相比上面的1.4W,“低碳[圖片]”效果非凡。

離下班還有十幾分鐘,再談?wù)勥@兩種吸收電路的特點(diǎn)及其他吸收電路:

RC吸收:吸收尖峰的同時也將變壓器輸出的方波能量吸收,吸收效率低,損耗大,但電路簡單,吸收周期與開關(guān)頻率一致,可以用在低待機(jī)功耗電路中;

RCD吸收:適合所有應(yīng)用RC吸收漏感尖峰的地方(包括正激、反激、全橋、半橋等拓?fù)洌┪招瘦^RC高,但是存在一直消耗電容(一般比較大)儲存的能量的情況,不適合應(yīng)用在低待機(jī)功耗電路中(包括初級MOS管的漏感吸收);

再討論一下ZENER吸收:可以應(yīng)用于初級MOS漏感尖峰吸收,次級整流管電壓尖峰吸收,還可應(yīng)用于低待機(jī)功耗電路,吸收效率最高,成本高,但ZENER穩(wěn)壓參數(shù)變化較大,需仔細(xì)設(shè)計。

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haibin
LV.5
5
2010-08-27 09:22
人氣不夠?看來電源網(wǎng)大蝦太多了,哈哈,如此以來小弟這般是獻(xiàn)丑了。
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cheng111
LV.11
6
2010-08-27 09:41
@haibin
人氣不夠?看來電源網(wǎng)大蝦太多了,哈哈,如此以來小弟這般是獻(xiàn)丑了。
發(fā)現(xiàn)好貼,頂一下先....等一下啊再來
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jianyedin
LV.9
7
2010-08-27 17:59
@haibin
人氣不夠?看來電源網(wǎng)大蝦太多了,哈哈,如此以來小弟這般是獻(xiàn)丑了。
Ding
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998lllll
LV.8
8
2010-08-27 19:34
@haibin
人氣不夠?看來電源網(wǎng)大蝦太多了,哈哈,如此以來小弟這般是獻(xiàn)丑了。
支持樓主,頂你??!
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bpyanyu
LV.8
9
2010-08-27 20:52
@haibin
我們再看看兩種吸收電路對應(yīng)的吸收損耗問題(以Flyback為例):采用RC吸收:C上的電壓在初級MOS開通后到穩(wěn)態(tài)時的電壓為Vo+Ui/N,(Vo為輸出電壓,Ui輸入電壓,N為變壓器初次級匝比),因?yàn)槲覀冊O(shè)計的RC的時間參數(shù)遠(yuǎn)小于開關(guān)周期,可以認(rèn)為在一個吸收周期內(nèi),RC充放電能到穩(wěn)態(tài),所以每個開關(guān)周期,其吸收損耗的能量為:次級漏感尖峰能量+RC穩(wěn)態(tài)充放電能量,近似為RC充放電能量=C*(Vo+Ui/N)^2(R上消耗能量,每個周期充一次放一次),所以RC吸收消耗的能量為fsw*C*(Vo+Ui/N)^2,以DC300V輸入,20V輸出,變壓器匝比為5,開關(guān)頻率為100K,吸收電容為2.2nF為例,其損耗的能量為2.2N*(20+300/5)^2*100K=1.4w;采用RCD吸收,因?yàn)椴捎肦CD吸收,其吸收能量包括兩部分,一部分是電容C上的DC能量,一部分就是漏感能量轉(zhuǎn)換到C上的尖峰能量,因?yàn)槁└蟹浅P?,其峰值電流由不可能太大,所以能量也非常有限,相對來講,只考慮R消耗的直流能量就好了,以上面同樣的參數(shù),C上的直流電壓為Vo+Ui/N=80V,電阻R取47K,其能量消耗為0.14W,相比上面的1.4W,“低碳[圖片]”效果非凡。
有那么大的功率損耗嗎???有很多的時候整流管旁邊本來就沒多少地方,再加一個二極管會很麻煩。我用準(zhǔn)諧振的電路,那里都不用加了
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jerry_ch
LV.5
10
2010-08-27 21:31
@haibin
[圖片]整流二極管電壓波形(RC吸收) [圖片] 整流二極管電壓波形(RCD吸收)  從這兩張仿真圖看來,其吸收效果相當(dāng),如不考慮二極管開通時高壓降,可以認(rèn)為吸收已經(jīng)完全。

看起來不錯,找個時間試驗(yàn)一下.

不過加了個二極管,成本又會稍稍上漲,在小功率電源上不太適合吧.

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2010-08-27 22:13

關(guān)注下

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yuyan
LV.9
12
2010-08-27 22:18
@guoyufeng_zj
關(guān)注下
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haibin
LV.5
13
2010-08-27 23:06
@bpyanyu
有那么大的功率損耗嗎???有很多的時候整流管旁邊本來就沒多少地方,再加一個二極管會很麻煩。我用準(zhǔn)諧振的電路,那里都不用加了

你可以參考我上面的計算過程去計算,應(yīng)該八九不離十。

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haibin
LV.5
14
2010-08-27 23:07
@jerry_ch
看起來不錯,找個時間試驗(yàn)一下.不過加了個二極管,成本又會稍稍上漲,在小功率電源上不太適合吧.
試驗(yàn)過后,你應(yīng)該會很驚喜,二極管可以采用貼片的(快速開關(guān)二極管,如果參數(shù)合適,1N4148不錯),電阻電容都可以用貼片的
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cheng111
LV.11
15
2010-08-28 08:52
@bpyanyu
有那么大的功率損耗嗎???有很多的時候整流管旁邊本來就沒多少地方,再加一個二極管會很麻煩。我用準(zhǔn)諧振的電路,那里都不用加了
bpyanyu版主,講講你的準(zhǔn)諧振法,悄悄...
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bpyanyu
LV.8
16
2010-08-29 05:37
@cheng111
bpyanyu版主,講講你的準(zhǔn)諧振法,悄悄...
我看一些資料上說的準(zhǔn)諧振反激沒有輸出二極管反向電流的問題
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haibin
LV.5
17
2010-08-29 08:48
@bpyanyu
我看一些資料上說的準(zhǔn)諧振反激沒有輸出二極管反向電流的問題

整流管的反向恢復(fù)只會出現(xiàn)在連續(xù)工作模式中,斷續(xù)工作模式的電源拓?fù)?,都不會存在整流管的反向恢?fù)問題;

整流管的電容效應(yīng)及次級雜散電容與次級漏感會引起振蕩,這種振蕩在整流管大的dv/dt(變壓器連整流管端電壓變化率)和二極管反向恢復(fù)電流(連續(xù)模式)影響下,表現(xiàn)為變壓器輸出端+輸出電壓通過次級漏感與整流管等雜散電容的諧振,從而引起整流管反向電壓尖峰。

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2010-08-29 09:32
@haibin
離下班還有十幾分鐘,再談?wù)勥@兩種吸收電路的特點(diǎn)及其他吸收電路:RC吸收:吸收尖峰的同時也將變壓器輸出的方波能量吸收,吸收效率低,損耗大,但電路簡單,吸收周期與開關(guān)頻率一致,可以用在低待機(jī)功耗電路中;RCD吸收:適合所有應(yīng)用RC吸收漏感尖峰的地方(包括正激、反激、全橋、半橋等拓?fù)洌┪招瘦^RC高,但是存在一直消耗電容(一般比較大)儲存的能量的情況,不適合應(yīng)用在低待機(jī)功耗電路中(包括初級MOS管的漏感吸收);再討論一下ZENER吸收:可以應(yīng)用于初級MOS漏感尖峰吸收,次級整流管電壓尖峰吸收,還可應(yīng)用于低待機(jī)功耗電路,吸收效率最高,成本高,但ZENER穩(wěn)壓參數(shù)變化較大,需仔細(xì)設(shè)計。

好貼,標(biāo)記!!

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cheng111
LV.11
19
2010-08-29 21:42
@haibin
整流管的反向恢復(fù)只會出現(xiàn)在連續(xù)工作模式中,斷續(xù)工作模式的電源拓?fù)?,都不會存在整流管的反向恢?fù)問題;整流管的電容效應(yīng)及次級雜散電容與次級漏感會引起振蕩,這種振蕩在整流管大的dv/dt(變壓器連整流管端電壓變化率)和二極管反向恢復(fù)電流(連續(xù)模式)影響下,表現(xiàn)為變壓器輸出端+輸出電壓通過次級漏感與整流管等雜散電容的諧振,從而引起整流管反向電壓尖峰。
斷續(xù)模式下,為什么沒有整流管的反向恢復(fù)問題呢?
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2010-08-29 22:01
@cheng111
斷續(xù)模式下,為什么沒有整流管的反向恢復(fù)問題呢?

我覺得沒有,大電流的產(chǎn)生是因?yàn)槠鸪醵O管有正向電流導(dǎo)致內(nèi)部什么變化(記不清了),在突然電壓方向時就會產(chǎn)生很大的方向電流。而工作在斷續(xù)狀態(tài)下,當(dāng)電壓反向時沒有“內(nèi)部什么變化”,也就不會有大電流產(chǎn)生了。。。我的理解是這樣的?。?/p>

“內(nèi)部什么變化”高手介紹下吧

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cheng111
LV.11
21
2010-08-29 22:07
@on_the_way_li
我覺得沒有,大電流的產(chǎn)生是因?yàn)槠鸪醵O管有正向電流導(dǎo)致內(nèi)部什么變化(記不清了),在突然電壓方向時就會產(chǎn)生很大的方向電流。而工作在斷續(xù)狀態(tài)下,當(dāng)電壓反向時沒有“內(nèi)部什么變化”,也就不會有大電流產(chǎn)生了。。。我的理解是這樣的!!“內(nèi)部什么變化”高手介紹下吧[圖片]

li版主,給我的解釋也太牽強(qiáng)了...理解不了啊

是不是“內(nèi)部沒有電流變化”啊

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2010-08-30 00:35
@haibin
人氣不夠?看來電源網(wǎng)大蝦太多了,哈哈,如此以來小弟這般是獻(xiàn)丑了。

很少見到 有這么用過!不過 有機(jī)會 我用一下 ,看看對EMC 有什么好處!

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2010-08-30 08:29
@cheng111
li版主,給我的解釋也太牽強(qiáng)了...理解不了啊是不是“內(nèi)部沒有電流變化”啊
回頭給你解釋,上班了?。。∵€有我可不是什么斑竹啊,我只是打醬油的。。。
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cheng111
LV.11
24
2010-08-30 08:43
@on_the_way_li
回頭給你解釋,上班了!??!還有我可不是什么斑竹啊,我只是打醬油的。。。
那我也打醬油去
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haibin
LV.5
25
2010-08-30 15:46
@cheng111
斷續(xù)模式下,為什么沒有整流管的反向恢復(fù)問題呢?

通俗來講,二極管的反向恢復(fù)指正在導(dǎo)通的二極管從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為反向截至狀態(tài)的一個動態(tài)過程,這里有兩個先決條件:二極管在反向截至之前要有一定正向電流(電流大小影響到反向恢復(fù)的最大峰值電流及恢復(fù)時間,本來已截至的狀態(tài)不在此列,故只有連續(xù)模式才存在反向恢復(fù)問題);為滿足二極管快速進(jìn)入截至狀態(tài),會有一個反向電壓加在二極管兩端(這個反向電壓的大小也影響已知二極管的反向恢復(fù)電流及恢復(fù)時間)。所以看有無反向恢復(fù)問題,可以對比其是否具備這兩個條件。

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cheng111
LV.11
26
2010-08-30 15:50
@haibin
通俗來講,二極管的反向恢復(fù)指正在導(dǎo)通的二極管從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為反向截至狀態(tài)的一個動態(tài)過程,這里有兩個先決條件:二極管在反向截至之前要有一定正向電流(電流大小影響到反向恢復(fù)的最大峰值電流及恢復(fù)時間,本來已截至的狀態(tài)不在此列,故只有連續(xù)模式才存在反向恢復(fù)問題);為滿足二極管快速進(jìn)入截至狀態(tài),會有一個反向電壓加在二極管兩端(這個反向電壓的大小也影響已知二極管的反向恢復(fù)電流及恢復(fù)時間)。所以看有無反向恢復(fù)問題,可以對比其是否具備這兩個條件。
謝謝..
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haibin
LV.5
27
2010-08-30 15:55
@on_the_way_li
我覺得沒有,大電流的產(chǎn)生是因?yàn)槠鸪醵O管有正向電流導(dǎo)致內(nèi)部什么變化(記不清了),在突然電壓方向時就會產(chǎn)生很大的方向電流。而工作在斷續(xù)狀態(tài)下,當(dāng)電壓反向時沒有“內(nèi)部什么變化”,也就不會有大電流產(chǎn)生了。。。我的理解是這樣的??!“內(nèi)部什么變化”高手介紹下吧[圖片]
你說的應(yīng)該是PN結(jié)的載流子吧,其實(shí)微觀來講,可以簡單認(rèn)為PN內(nèi)部并聯(lián)存在一個電容,在PN導(dǎo)通的時候,該電容上充滿電荷,但PN承受外部來的反向電壓時,因該電容存在的放電電流及反向充電電流,從而出現(xiàn)反向恢復(fù)電流,當(dāng)電容放電完成,反向恢復(fù)過程也就結(jié)束了。
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sunsrachel
LV.2
28
2010-08-31 13:32
@yuyan

跟大家一起學(xué)習(xí)中

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cheng111
LV.11
29
2010-08-31 14:22
@sunsrachel
跟大家一起學(xué)習(xí)中
版主繼續(xù)...
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bpyanyu
LV.8
30
2010-08-31 14:42
@haibin
整流管的反向恢復(fù)只會出現(xiàn)在連續(xù)工作模式中,斷續(xù)工作模式的電源拓?fù)?,都不會存在整流管的反向恢?fù)問題;整流管的電容效應(yīng)及次級雜散電容與次級漏感會引起振蕩,這種振蕩在整流管大的dv/dt(變壓器連整流管端電壓變化率)和二極管反向恢復(fù)電流(連續(xù)模式)影響下,表現(xiàn)為變壓器輸出端+輸出電壓通過次級漏感與整流管等雜散電容的諧振,從而引起整流管反向電壓尖峰。
了解了,也就是說臨界模式和斷續(xù)模式的時候管子兩端的電壓不會存在突然反向就不會有這個問題。
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syd1110
LV.4
31
2010-08-31 16:52
@on_the_way_li
我覺得沒有,大電流的產(chǎn)生是因?yàn)槠鸪醵O管有正向電流導(dǎo)致內(nèi)部什么變化(記不清了),在突然電壓方向時就會產(chǎn)生很大的方向電流。而工作在斷續(xù)狀態(tài)下,當(dāng)電壓反向時沒有“內(nèi)部什么變化”,也就不會有大電流產(chǎn)生了。。。我的理解是這樣的?。 皟?nèi)部什么變化”高手介紹下吧[圖片]

看看diode的SPICE等效電路你就明白了,正向時有個擴(kuò)散電容,反向時有個勢壘電容.根本的原因還是少子在作怪,要是想進(jìn)步了解請看下半導(dǎo)體物理就差不多了.

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