開關(guān)電源產(chǎn)品質(zhì)量設(shè)計(jì)講堂：攻克電壓浪涌與電流浪涌難關(guān)

　　為了防止開關(guān)電源（開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成）系統(tǒng)中的高速開關(guān)電路存在的分布電感與電容在二極管蓄積電荷的影響下產(chǎn)生浪涌電壓與噪聲。文中通過采用RC或LC 吸收電路對(duì)二極管蓄積電荷產(chǎn)生的浪涌電壓采用非晶磁芯和矩形磁芯進(jìn)行磁吸收，從而解決了開關(guān)電源浪涌電流的產(chǎn)生以及抑制問題。

　　引言

　　開關(guān)電源的主元件大都有寄生電感與電容，寄生電容Cp一般都與開關(guān)元件或二極管并聯(lián)，而寄生電感L通常與其串聯(lián)。由于這些寄生電容與電感的作用，開關(guān)元件在通斷工作時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生較大的電壓浪涌與電流浪涌。

　　開關(guān)的通斷與二極管反向恢復(fù)時(shí)都要產(chǎn)生較大電流浪涌與電壓浪涌。而抑制開關(guān)接通時(shí)電流浪涌的最有效方法是采用零電壓開關(guān)電路。另一方面，開關(guān)斷開的電壓浪涌與二極管反向恢復(fù)的電壓浪涌可能會(huì)損壞半導(dǎo)體元件，同時(shí)也是產(chǎn)生噪聲的原因。為此，開關(guān)斷開時(shí)，就需要采用吸收電路。二極管反向恢復(fù)時(shí)，電壓浪涌產(chǎn)生機(jī)理與開關(guān)斷開時(shí)相同，因此，這種吸收電路也適用于二極管電路。本文介紹了RC、RCD、LC等吸收電路，這些吸收電路的基本工作原理就是在開關(guān)斷開時(shí)為開關(guān)提供旁路，以吸收蓄積在寄生電感中的能量，并使開關(guān)電壓被鉗位，從而抑制浪涌電流。

　　RC吸收電路

　　圖1 RC吸收網(wǎng)絡(luò)電路

　　圖1所示是一個(gè)RC吸收網(wǎng)絡(luò)的電路圖。它是電阻Rs與電容Cs串聯(lián)的一種電路，同時(shí)與開關(guān)并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。若開關(guān)斷開，蓄積在寄生電感中的能量對(duì)開關(guān)的寄生電容充電的同時(shí)，也會(huì)通過吸收電阻對(duì)吸收電容充電。這樣，由于吸收電阻的作用，其阻抗將變大，那么，吸收電容也就等效地增加了開關(guān)的并聯(lián)電容的容量，從而抑制開關(guān)斷開的電壓浪涌。而在開關(guān)接通時(shí)，吸收電容又通過開關(guān)放電，此時(shí)，其放電電流將被吸收電阻所限制。

　　RCD吸收電路

　　本文給出的RCD吸收電路如圖2所示，它由電阻Rs、電容Cs和二極管VDs構(gòu)成，其中電阻Rs也可以與二極管VDs并聯(lián)連接。若開關(guān)斷開，蓄積在寄生電感中的能量將通過開關(guān)的寄生電容充電，開關(guān)電壓上升。其電壓上升到吸收電容的電壓時(shí)，吸收二極管導(dǎo)通，從而使開關(guān)電壓被吸收二極管所鉗位（約為1 V左右），同時(shí)寄生電感中蓄積的能量也對(duì)吸收電容充電。開關(guān)接通期間，吸收電容則通過電阻放電。

　　圖2 RCD吸收網(wǎng)絡(luò)

　　采用RC和RCD吸收電路也可以對(duì)變壓器消磁，而不必另設(shè)變壓器繞組與二極管組成的去磁電路。變壓器的勵(lì)磁能量都會(huì)在吸收電阻中消耗掉。RC與RCD吸收電路不僅可以消耗變壓器漏感中蓄積的能量，而且也能消耗變壓器勵(lì)磁能量，因此，這種方式同時(shí)降低了變換器的變換效率。

　　由于RCD吸收電路是通過二極管對(duì)開關(guān)電壓鉗位，效果要比RC好，同時(shí)，它也可以采用較大電阻，但能量損耗也比RC小。

　　LC吸收電路

　　LC電路是由電容、電感、電阻等元件和電子器件組成的能夠產(chǎn)生振蕩電流或具有濾波作用的電路，由電感線圈L和電容器C相連而成的LC電路是最簡單的一種LC電路。

　　圖3 LC吸收網(wǎng)絡(luò)

　　LC吸收電路如圖3所示，它由Ls、Cs、VDs1和VDs2構(gòu)成。若開關(guān)斷開，蓄積在漏磁或勵(lì)磁等電感中的能量可通過VDs1經(jīng)電容Cs放電，使吸收電容Cs電壓反向，從而使變壓器由電容電壓消磁。這期間，輸入電壓與吸收電容的電壓加到開關(guān)上的電壓極性再次反向。一般情況下，LC吸收電路不消耗能量。

　　結(jié)束語

　　要提高開關(guān)頻率，同時(shí)提高開關(guān)電源產(chǎn)品的質(zhì)量，電壓浪涌與電流浪涌問題必須重點(diǎn)考慮。本文是在分析了干擾產(chǎn)生機(jī)理以及經(jīng)過大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了這種行之有效的抑制措施。因此，要解決好浪涌問題，還要結(jié)合設(shè)計(jì)的實(shí)際，分析浪涌產(chǎn)生的機(jī)理，結(jié)合實(shí)際來設(shè)計(jì)浪涌吸收電路，以使開關(guān)電源的浪涌干擾降到最低點(diǎn)。


　　馳騁電源設(shè)計(jì)，還看電子發(fā)燒友網(wǎng)2013電源技術(shù)研討會(huì)！

　 　綠色電源設(shè)計(jì)大潮鋪天蓋地席卷而來，“降低損耗，提高效率”已成為業(yè)界亟待解決的課題。本次技術(shù)研討會(huì)，我們關(guān)注到，在任何種類的電源設(shè)計(jì)，都必須有出 色的電源防護(hù)才能更安全可靠的工作，電路保護(hù)對(duì)每個(gè)電源工程師而言都至關(guān)重要；在電源設(shè)計(jì)中，電磁輻射需要ESD來進(jìn)行防護(hù)，不過在另一個(gè)領(lǐng)域，電磁輻射 加以利用又成為一個(gè)全新市場的技術(shù)基礎(chǔ)，那就是無線充電技術(shù)；無線充電現(xiàn)在的挑戰(zhàn)是充電效率，而數(shù)字電源無疑是提升電源管理效率一個(gè)非常重要的手段，隨著 各種系統(tǒng)的能效要求越來越高，數(shù)字電源變得越來越普及。高壓交流輸電可以有效提升能源傳輸和使用的成本，對(duì)于高壓直流電是否也會(huì)如此？電源設(shè)計(jì)中，穩(wěn)定可 靠的電源測試保障是必不可少的一步，您是否掌握最可靠并行之有效的電源測試方法？

　 　為順應(yīng)當(dāng)前電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，助力工程師，為各種設(shè)備電力開源節(jié)流。有鑒于此，電子發(fā)燒友網(wǎng)本著以“為各種設(shè)備電力開源節(jié)流”為主題，力邀ADI、德州 儀器、英飛凌、美信、羅姆、IDT、富士通、凌力爾特、Dailog、Exar、泰克、艾德克斯等廠商參與演講與交流。

　　我們將會(huì)探討當(dāng) 前電源技術(shù)熱門應(yīng)用領(lǐng)域（包括可穿戴電子設(shè)備、智能移動(dòng)設(shè)備、無線充電、移動(dòng)電源）的發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)趨勢，以及結(jié)合電源管理（PMIC）應(yīng)用開發(fā)在當(dāng)前最 新技術(shù)，最具市場價(jià)值和適銷對(duì)路的創(chuàng)新性產(chǎn)品。如果您想了解當(dāng)前電源技術(shù)最新動(dòng)態(tài)與設(shè)計(jì)策略，把握最新商機(jī)，這期技術(shù)研討會(huì)絕對(duì)不容錯(cuò)過！
?

?