关于开关管RC吸收回路

关于开关管RC吸收回路等效电路：L：变压器漏感及元器件引线电感等杂散电感之和。R、C：吸收电阻电容。D、Cd：整流二极管，Cd为D的结电容。Q、Coss：开关MOSFET，Coss为MOSFET的结电容。开关管由导通到截止时由于漏感L的存在，要通过R、C将其能量吸收掉，否则会产生一个尖峰电压影响到元件的可靠性以及造成EMI问题。 整流二极管截止时还有个反向恢复电流的问题，但是把反向恢复电流最大时当作分析的起使点，那在实际分析时过程还是一样的，只是初始状态不同。 考虑整流二极管这个回路， 设流过L上的电流为I1(t)：流过结电容Cd的电流为 流过吸收电容C的电流为根据Cd两端电压等于R、C两端电压得到微积分方程： 由于含有积分，方程求解不便，将其求导，得到3阶微分方程： 由于Cd很小，可以将其忽略以简化分析，得到简化后的微分方程： 考虑初始状态I1（0）=Io，I1’（0）=(Vin-Vo)/L，其中Io为开关管关闭时电流的最大值，应用拉普拉斯变换得到变换后的方程： 这是个2阶系统，应当让其工作在过阻尼状态防止振荡，因此要保证极点有2个相异实根，得到。 应用拉普拉斯逆变换可以得到电流I1(t)的解： 电感L上的电压： 二极管D上的电压：假定L=0.1uH，C=220pF，Vo=12V，Vin=-60V（此时MOSFETON，变压器次级电压反向，Vin由12V跳变为-60V），R=2*sqrt（L/C）=42.6ohm。 DCM状态下Io=0，考虑不同的R值对波形的影响： 电流I1(t)波形 电感L上的电压波形 二极管D电压波形 吸收电容C电压波形 可以看到阻值越小，电压电流的波形振荡越多，峰值越高，越容易对回路产生不利影响，因此要保证工作在过阻尼状态，电阻R不能取小。考虑R=47ohm时不同电容C对波形的影响：电流I1(t)波形 电感L上的电压波形二极管D电压波形 吸收电容C电压波形可以看到电容C越大，电压电流变化率会减小，并且电压的过冲会减小，这样对EMI会有好处，但是峰值电流会变大。 考虑此时电阻R上的功率消耗，假定回路工作频率50KHz： 可以看到正常情况下吸收电阻消耗的功率与R值大小无关，只与C及C两端的电压有关，因此可以看到改善EMI是以增加消耗功率为代价的，会降低回路的总体效率，因此C也不能取太大，此时P=1/2*C*(Vin-Vo)^2*f。 需要看到此时吸收回路吸收的不是漏感L上的能量，而是电压跳变在电容C上产生的能量。考虑在CCM状态下，设Io=1A和2AC=220pF时不同R值对波形的影响：1A时电流I1(t)波形 2A时电流I1(t)波形 1A时电感L上的电压波形 2A时电感L上的电压波形 1A时二极管D电压波形 2A时二极管D电压波形1A时吸收电容C电压波形 2A时吸收电容C电压波形 R=47ohm时不同C值对波形的影响：1A时电流I1(t)波形 2A时电流I1(t)波形1A时电感L上的电压波形 2A时电感L上的电压波形1A时二极管D电压波形 2A时二极管D电压波形1A时吸收电容C电压波形 2A时吸收电容C电压波形 可以看到当截止电流比较大时，电阻越大电流下降越慢，吸收电容上初始电压就会越高，对电容耐压要求就会越高，此时电感L及二极管D两端电压变化也会更快，对回路产生不利影响的可能性会更大，因此吸收电阻R取值也不能太大。 吸收电容上有初始电压是因为考虑二极管关断时两端电压不能突变，电感L电流也不能突变，从而电流经吸收电阻在吸收电容上产生了初始电压。 吸收电容的增大可以减小电压电流的变化率。 考虑此时吸收电阻R消耗的功率： 1A时吸收电阻消耗的功率 2A时吸收电阻消耗的功率 可以看到吸收功率始终随吸收电容C值的增大而增大，但是不同的截止电流随吸收电阻R值的变化会有不同的变化。 因此可以根据EMI的情况选取合适的C值，然后由此C值确定R值。可以考虑一种确定R、C值的方法，在最大截止电流的情况下确定吸收电容C上的起始电压，这时可以计算出R值，这个R值是最大值，然后再由R值计算出C值，这时的C值是吸收电容的最小值。 考虑结二极管电容Cd的影响，设Cd=15pF：DCM状态：Io=0， 电感L电流IL 结电容Cd电流Id 吸收电容C电流Ic 电感L电压 结电容Cd电压 吸收电容C电压 以上是不同的吸收电阻R，考虑不同的吸收电容C：电感L电流IL 结电容Cd电流Id吸收电容C电流Ic 电感L电压结电容Cd电压 吸收电容C电压可以看到如果吸收电阻R偏大，流过结电容的电流也会增加，并且震荡也比较厉害，对二极管D会有不利影响，起不到保护二极管的作用。吸收电容C的加大可以减小电压电流的变化率。 考虑CCM状态，Io分别为1A、2A： C=220pF，不同R的影响：1A时电感L的电流 2A时电感L的电流 1A时结电容Cd的电流 2A时结电容Cd的电流 1A时吸收电容C的电流 2A时吸收电容C的电流 1A时电感L的电压 2A时电感L的电压 1A时二极管D的电压 2A时二极管D的电压 1A时吸收电容C的电压 2A时吸收电容C的电压 R=47ohm时不同C的影响：1A时电感L的电流 2A时电感L的电流1A时结电容Cd的电流 2A时结电容Cd的电流1A时吸收电容C的电流 2A时吸收电容C的电流1A时电感L的电压 2A时电感L的电压1A时二极管D的电压 2A时二极管D的电压1A时吸收电容C的电压 2A时吸收电容C的电压可以看到截止电流越大，在二极管两端产生的尖峰电压越高，吸收电容越大，电压电流变化率越小，吸收电阻越大，电压尖峰越