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电压电路尖峰开关电源中RC缓冲电路的设计

摘要:开关电源中缓冲电路性能的好坏直接影响到系统的品质。文中给出了一种结构简单、安装方便的RC缓冲电路的设计方法,该方法不仅能降低开关管的关断损耗,而且还能降低变压器的漏感和尖峰电压。

关键字:RC缓冲电路;尖峰电压;开关电源

O.引言

在带变压器的开关电源拓扑中,开关管关断时,电压和电流的重叠引起的损耗是开关电源损耗的主要部分,同时,由于电路中存在杂散电感和杂散电容,在功率开关管关断时,电路中也会出现过电压并且产生振荡。如果尖峰电压过高,就会损坏开关管。同时,振荡的存在也会使输出纹波增大。为了降低关断损耗和尖峰电压,需要在开关管两端并联缓冲电路以改善电路的性能。

缓冲电路的主要作用有:一是减少导通或关断损耗;二是降低电压或电流尖峰;三是降低dV/dt或dI/dt。由于MOSFET管的电流下降速度很快,所以它的关断损耗很小。虽然MOSFET管依然使用关断缓冲电路,但它的作用不是减少关断损耗,而是降低变压器漏感尖峰电压。本文主要针对MOSFET管的关断缓冲电路来进行讨论。

1.RC缓冲电路设计

在设计RC缓冲电路时,必须熟悉主电路所采用的拓扑结构情况。图l所示是由RC组成的正激变换器的缓冲电路。图中,当Q关断时,集电极电压开始上升到2Vdc,而电容C限制了集电极电压的上升速度,同时减小了上升电压和下降电流的重叠,从而减低了开关管Q的损耗。而在下次开关关断之前,C必须将已经充满的电压2Vdc放完,放电路径为C、Q、R。

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假设开关管没带缓冲电路,图1所示的正激变换器的复位绕组和初级绕组匝数相同。这样,当Q关断瞬间,储存在励磁电感和漏感中的能量释放,初级绕组两端电压极性反向,正激变换器的开关管集电极电压迅速上升到2Vdc。同时,励磁电流经二极管D流向复位绕组,最后减小到零,此时Q两端电压下降到Vdc。图2所示是开关管集电极电流和电压波形。可见,开关管不带缓冲电路时,在Q关断时,其两端的漏感电压尖峰很大,产生的关断损耗也很大,严重时很可能会烧坏开关管,因此,必须给开关管加上缓冲电路。

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