整流二極管尖峰吸收電路的設計對比|必看-KIA MOS管

整流二極管尖峰吸收電路

關(guān)于Flyback的次級側整流二極管的RC尖峰吸收問(wèn)題，在處理此類(lèi)尖峰問(wèn)題上此處用RCD吸收會(huì )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。

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

此處的RCD吸收設計，可以這樣認為：為了吸收振蕩尖峰，C應該有足夠的容值，已便在吸收尖峰能量后，電容上的電壓不會(huì )太高，為了平衡電容上的能量，電阻R需將存儲在電容C中的漏感能量消耗掉；

所以理想的參數搭配，是電阻消耗的能量剛好等于漏感尖峰中的能量(此時(shí)電容C端電壓剛好等于Uin/N+Uo)，因為漏感尖峰能量有很多不確定因素，計算法很難湊效，所以下面介紹一種實(shí)驗方法來(lái)設計。

1.選一個(gè)大些的電容(如100nF)做電容C，D選取一個(gè)夠耐壓>1.5*(Uin/N+Uo)的超快恢復二極管(如1N4148;

2.可以選一個(gè)較小的電阻10K，1W電阻做吸收的R;

3.逐漸加大負載，并觀(guān)察電容C端電壓與整流管尖峰電壓;

如C上電壓紋波大于平均值的20%，需加大C值;如滿(mǎn)載時(shí)，C端電壓高于Uin/N+Uo太多(20%以上，根據整流管耐壓而定)，說(shuō)明吸收太弱，需減小電阻R;

如滿(mǎn)載時(shí)，C上電壓低于或等于Uin/N+Uo，說(shuō)明吸收太強，需加大電阻R;如滿(mǎn)載時(shí)C上電壓略高于Uin/N+Uo(5%~10%，根據整流管耐壓而定)，可視為設計參數合理;

在不同輸入電壓下，再驗證參數是否合理，最終選取合適的參數。

再看看兩種吸收電路對應的吸收損耗問(wèn)題(以Flyback為例)：

采用RC吸收：C上的電壓在初級MOS開(kāi)通后到穩態(tài)時(shí)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)，因為我們設計的RC的時(shí)間參數遠小于開(kāi)關(guān)周期，可以認為在一個(gè)吸收周期內，RC充放電能到穩態(tài)，所以每個(gè)開(kāi)關(guān)周期，其吸收損耗的能量為：

次級漏感尖峰能量+RC穩態(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(gè)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(kāi)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，因為采用RCD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換到C上的尖峰能量，因為漏感非常小，其峰值電流由不可能太大，所以能量也非常有限，

相對來(lái)講，只考慮R消耗的直流能量就好了，以上面同樣的參數，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。

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(shí)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(jiǎn)單，吸收周期與開(kāi)關(guān)頻率一致，可以用在低待機功耗電路中。

RCD吸收：適合所有應用RC吸收漏感尖峰的地方(包括正激、反激、全橋、半橋等拓撲)吸收效率較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，不適合應用在低待機功耗電路中(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，還可應用于低待機功耗電路，吸收效率最高，成本高，但ZENER穩壓參數變化較大，需仔細設計。

整流管的反向恢復只會(huì )出現在連續工作模式中，斷續工作模式的電源拓撲，都不會(huì )存在整流管的反向恢復問(wèn)題;

整流管的電容效應及次級雜散電容與次級漏感會(huì )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)和二極管反向恢復電流(連續模式)影響下，表現為變壓器輸出端+輸出電壓通過(guò)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。

通俗來(lái)講，二極管的反向恢復指正在導通的二極管從導通狀態(tài)轉換為反向截至狀態(tài)的一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，這里有兩個(gè)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的最大峰值電流及恢復時(shí)間，本來(lái)已截至的狀態(tài)不在此列，故只有連續模式才存在反向恢復問(wèn)題);

為滿(mǎn)足二極管快速進(jìn)入截至狀態(tài)，會(huì )有一個(gè)反向電壓加在二極管兩端(這個(gè)反向電壓的大小也影響已知二極管的反向恢復電流及恢復時(shí)間)。所以看有無(wú)反向恢復問(wèn)題，可以對比其是否具備這兩個(gè)條件。

準諧振電路的好處是將斷續模式整流二極管最大的端變化電壓N*Uo+Uo變成N*Uo-Uo，減小了其整流二極管在初級MOS管開(kāi)通時(shí)的電壓變化率，從而減少了漏感振蕩的激勵源，降低其產(chǎn)生的振蕩尖峰，如幅值不影響整流管耐壓安全，完全可以省去RC等吸收電路。

這里簡(jiǎn)單說(shuō)一下，不管是RCD吸收還是ZVS吸收，其N(xiāo)*Vo/Vclamp(N為變壓器初次級匝比，Vo為輸出電壓，Vclamp為嵌位電壓)越小，吸收的損耗就越小(這里不考慮RCD吸收中的D二極管反向恢復期間回灌的能量)，

如果等于0，那損耗就是0.5*Lleakage*Ip^2*fsw，這個(gè)是極限值，也就是說(shuō)實(shí)際的吸收損耗肯定會(huì )大于這個(gè)數，要想降低吸收損耗，在滿(mǎn)足MOS耐壓和EMI要求下，提高吸收點(diǎn)電壓就可以降低吸收損耗。

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