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基本拓?fù)潆娐飞弦话銢]有吸收緩沖電路,實際電路上一般有吸收緩沖電路,吸收與緩沖是工程需要,不是拓?fù)湫枰N张c緩沖的功效:●防止器件損壞,吸收防止電壓擊穿,緩沖防止電流擊穿●使功率器件遠離危險工作區(qū),從而提高可靠性●降低(開關(guān))器件損耗,或者實現(xiàn)某種程度的關(guān)軟開●降低di/dt和dv/dt,降低振鈴,改善EMI品質(zhì)●提高效率(提高效率是可能的,但弄不好也可能降低效率)也就是說,防止器件損壞只是吸收與緩沖的功效之一,其他功效也是很有價值的。吸收吸收是對電壓尖峰而言。電壓尖峰的成因:●電壓尖峰是電感續(xù)流引起的。●引起電壓尖峰的電感可能是:變壓器漏感、線路分布電感、器件等效模型中的感性成分等。●引起電壓尖峰的電流可能是:拓?fù)潆娏?、二極管反向恢復(fù)電流、不恰當(dāng)?shù)闹C振電流等。減少電壓尖峰的主要措施是:●減少可能引起電壓尖峰的電感,比如漏感、布線電感等●減少可能引起電壓尖峰的電流,比如二極管反向恢復(fù)電流等●如果可能的話,將上述電感能量轉(zhuǎn)移到別處。●采取上述措施后電壓尖峰仍然不能接受,最后才考慮吸收。吸收是不得已的技術(shù)措施拓?fù)湮鼘㈤_關(guān)管Q1、拓?fù)淅m(xù)流二極管D1和一個無損的拓?fù)潆娙軨2組成一個在布線上盡可能簡短的吸收回路。拓?fù)湮盏奶攸c:●同時將Q1、D1的電壓尖峰、振鈴減少到最低程度。●拓?fù)湮帐菬o損吸收,效率較高?!裎针娙軨2可以在大范圍內(nèi)取值?!裢?fù)湮帐怯查_關(guān),因為拓?fù)涫怯查_關(guān)。體二極管反向恢復(fù)吸收開關(guān)器件的體二極管的反向恢復(fù)特性,在關(guān)斷電壓的上升沿發(fā)揮作用,有降低電壓尖峰的吸收效應(yīng)。RC吸收●RC吸收的本質(zhì)是阻尼吸收?!裼腥苏J(rèn)為R是限流作用,C是吸收。實際情況剛好相反。●電阻R的最重要作用是產(chǎn)生阻尼,吸收電壓尖峰的諧振能量,是功率器件?!耠娙軨的作用也并不是電壓吸收,而是為R阻尼提供能量通道。●RC吸收并聯(lián)于諧振回路上,C提供諧振能量通道,C的大小決定吸收程度,最終目的是使R形成功率吸收。●對應(yīng)一個特定的吸收環(huán)境和一個特定大小的電容C,有一個最合適大小的電阻R,形成最大的阻尼、獲得最低的電壓尖峰。●RC吸收是無方向吸收,因此RC吸收既可以用于單向電路的吸收,也可用于雙向或者對稱電路的吸收。RC吸收設(shè)計●RC吸收的設(shè)計方法的難點在于:吸收與太多因素有關(guān),比如漏感、繞組結(jié)構(gòu)、分布電感電容、器件等效電感電容、電流、電壓、功率等級、di/dt、dv/dt、頻率、二極管反向恢復(fù)特性等等。而且其中某些因素是很難獲得準(zhǔn)確的設(shè)計參數(shù)的?!癖热鐚ΧO管反壓的吸收,即使其他情況完全相同,使用不同的二極管型號需要的RC吸收參數(shù)就可能有很大差距。很難推導(dǎo)出一個通用的計算公式出來?!馬的損耗功率可大致按下式估算:Ps=FCU2其中U為吸收回路拓?fù)浞瓷潆妷骸!窆こ躺弦话銘?yīng)該在通過計算或者仿真獲得初步參數(shù)后,還必須根據(jù)實際布線在板調(diào)試,才能獲得最終設(shè)計參數(shù)。RCD吸收特點●RCD吸收不是阻尼吸收,而是靠非線性開關(guān)D直接破壞形成電壓尖峰的諧振條件,把電壓尖峰控制在任何需要的水平。●C的大小決定吸收效果(電壓尖峰),同時決定了吸收功率(即R的熱功率)?!馬的作用只是把吸收能量以熱的形式消耗掉。其電阻的最小值應(yīng)該滿足開關(guān)管的電流限制,最大值應(yīng)該滿足PWM逆程RC放電周期需要,在此范圍內(nèi)取值對吸收效果影響甚微?!馬CD吸收會在被保護的開關(guān)器件上實現(xiàn)某種程度的軟關(guān)斷,這是因為關(guān)斷瞬間開關(guān)器件上的電壓即吸收電容C上的電壓等于0,關(guān)斷動作會在C上形成一個充電過程,延緩電壓恢復(fù),降低dv/dt,實現(xiàn)軟關(guān)斷。不適應(yīng)性●RCD吸收一般不適合反激拓?fù)涞奈?,這是因為RCD吸收可能與反激拓?fù)湎鄾_突?!馬CD吸收一般不適合對二極管反壓尖峰的吸收,因為RCD吸收動作有可能加劇二極管反向恢復(fù)電流。鉗位吸收RCD鉗位●盡管RCD鉗位與RCD吸收電路可以完全相同,但元件參數(shù)和工況完全不同。RCD吸收RC時間常數(shù)遠小于PWM周期,而RCD鉗位的RC時間常數(shù)遠大于PWM周期。●與RCD吸收電容的全充全放工況不同,RCD鉗位的電容可以看成是電壓源,其RC充放電幅度的谷值應(yīng)不小于拓?fù)浞瓷潆妷?,峰值即鉗位電壓?!裼捎赗CD鉗位在PWM電壓的上升沿和下降沿都不會動作,只在電壓尖峰出現(xiàn)時動作,因此RCD鉗位是高效率的吸收。齊納鉗位●齊納鉗位的幾種形式?!颀R納鉗位也是在電壓尖峰才起作用,也是高效率吸收。●某些場合,齊納鉗位需要考慮齊納二極管的反向恢復(fù)特性對電路的影響?!颀R納吸收需注意吸收功率匹配,必要時可用有源功率器件組成大功率等效電路無損吸收無損吸收的條件●吸收網(wǎng)絡(luò)不得使用電阻。●不得形成LD電流回路。●吸收回路不得成為拓?fù)潆娏髀窂?。●吸收能量必須轉(zhuǎn)移到輸入側(cè)或者輸出側(cè)。●盡量減少吸收回路二極管反向恢復(fù)電流的影響。無損吸收是強力吸收,不僅能夠吸收電壓尖峰,甚至能夠吸收拓?fù)浞瓷潆妷?,比如:緩沖緩沖是對沖擊尖峰電流而言●引起電流尖峰第一種情況是二極管(包括體二極管)反向恢復(fù)電流。●引起電流尖峰第二種情況是對電容的充放電電流。這些電容可能是:電路分布電容、變壓器繞組等效分布電容、設(shè)計不恰當(dāng)?shù)奈针娙荨⒃O(shè)計不恰當(dāng)?shù)闹C振電容、器件的等效模型中的電容成分等等。緩沖的基本方法:在沖擊電流尖峰的路徑上串入某種類型的電感,可以是以下類型:緩沖的特性:●由于緩沖電感的串入會顯著增加吸收的工作量,因此緩沖電路一般需要與吸收電路配合使用?!窬彌_電路延緩了導(dǎo)通電流沖擊,可實現(xiàn)某種程度的軟開通(ZIS)。●變壓器漏感也可以充當(dāng)緩沖電感。LD緩沖特點:●
可不需要吸收電路配合?!?/p>
緩沖釋能二極管與拓?fù)淅m(xù)流二極管電流應(yīng)力相當(dāng)甚至更大。●
緩沖釋能二極管的損耗可以簡單理解為開關(guān)管減少的損耗。●
適當(dāng)?shù)木彌_電感(L3)參數(shù)可以大幅度減少開關(guān)管損耗,實現(xiàn)高效率。LR緩沖特點:●需要吸收電路配合以轉(zhuǎn)移電感剩余能量。●緩沖釋能電阻R的損耗較大,可簡單理解為是從開關(guān)管轉(zhuǎn)移出來的損耗?!馬、L參數(shù)必須實現(xiàn)最佳配合,參數(shù)設(shè)計調(diào)試比較難以掌握?!裰灰獏?shù)適當(dāng)仍然能夠?qū)崿F(xiàn)高效率。飽和電感緩沖●飽和電感的電氣性能表現(xiàn)為對di/dt敏感。●在一個沖擊電流的上升沿,開始呈現(xiàn)較大的阻抗,隨著電流的升高逐漸進入飽和,從而延緩和削弱了沖擊電流尖峰,即實現(xiàn)軟開通。●在電流達到一定程度后,飽和電感因為飽和而呈現(xiàn)很低的阻抗,這有利于高效率地傳輸功率。●在電流關(guān)斷時,電感逐漸退出飽和狀態(tài),一方面,由于之前的飽和狀態(tài)的飽和電感量非常小,即儲能和需要的釋能較小。另一方面,退出時電感量的恢復(fù)可以減緩電壓的上升速度,有利于實現(xiàn)軟關(guān)斷。●以Ls2為例,5u表示磁路截面積5mm2,大致相當(dāng)于1顆PC40材質(zhì)4*4*2的小磁芯。飽和電感特性●熱特性飽和電感是功率器件,通過進入和退出飽和過程的磁滯損耗(而不是渦流損耗或者銅損)吸收電流尖峰能量,主要熱功率來自于磁芯。這一方面要求磁芯應(yīng)該是高頻材料,另一方面要求磁芯溫度在任何情況下不得超過居里溫度。這意味著飽和電感的磁芯應(yīng)該具有最有利的散熱特性和結(jié)構(gòu),即:更高的居里溫度、更高的導(dǎo)熱系數(shù)、更大的散熱面積、更短的熱傳導(dǎo)路徑?!耧柡吞匦燥@然飽和電感一般不必考慮使用氣隙或者不易飽和的低導(dǎo)磁率材料?!癯跏茧姼械刃匦栽谄渌麠l件相同情況下,較低導(dǎo)磁率的磁芯配合較多匝數(shù)、與較高導(dǎo)磁率的磁芯配合較少匝數(shù)的飽和電感初始電感相當(dāng),緩沖效果大致相當(dāng)。這意味著直接采用1匝的穿心電感總是可能的,因為任何多匝的電感總可以找到更高導(dǎo)磁率的磁芯配合1匝等效之。這還意味著磁芯最高導(dǎo)磁率受到限制,如果一個適合的磁芯配合1匝的飽和電感,將沒有使用更高導(dǎo)磁率的磁芯配合更少匝數(shù)的可能。●磁芯體積等效特性在其他條件相同情況下,相同體積的磁芯的飽和電感緩沖效果大致相當(dāng)。既然如此,磁芯可以按照最有利于散熱的磁路進行設(shè)計。比如細長的管狀磁芯比環(huán)狀磁芯、多個小磁芯比集中一個大磁芯、穿心電感比多匝電感顯然具有更大的散熱表面積。●組合特性有時候,單一材質(zhì)的磁芯并不能達到工程上需要的緩沖效果,采用多種材質(zhì)的磁芯相互配合或許才能能夠滿足工程需要。無源無損緩沖吸收●如果緩沖電感本身是無損的(非飽和電感),而其電感儲能又是經(jīng)過無損吸收的方式處理的,即構(gòu)成無源無損緩沖吸收電路,實際上這也是無源軟開關(guān)電路。●緩沖電感的存在延遲和削弱的開通沖擊電流,實現(xiàn)了一定程度的軟開通?!駸o損吸收電路的存在延遲和降低了關(guān)斷電壓的dv/dt,實現(xiàn)了一定程度的軟關(guān)斷。●實現(xiàn)無源軟開關(guān)的條件與無損吸收大致相同。并不是所有拓?fù)涠寄軌虼罱ǔ鲆粋€無源軟開關(guān)電路。因此除了經(jīng)典的電路外,很多無源軟開關(guān)電路都是被專利的熱門。●無源無損軟開關(guān)電路效率明顯高于其他緩沖吸收方式,與有源軟開關(guān)電路效率相差無幾。因此只要能夠?qū)崿F(xiàn)無源軟開關(guān)的電路,可不必采用有源軟開關(guān)。吸收緩沖電路性能對濾波緩●電路中的電解電容一般具有較大的ESR(典型值是百毫歐姆數(shù)量級),這引起兩方面問題:一是濾波效果大打折扣;二是紋波電流在ESR上產(chǎn)生較大損耗,這不僅降低效率,而且由于電解電容發(fā)熱直接導(dǎo)致的可靠性和壽命問題。●一般方法是在電解電容上并聯(lián)高頻無損電容,而事實上,這一方法并不能使上述問題獲得根本的改變,這是由于高頻無損電容在開關(guān)電源常用頻率范圍內(nèi)仍然存在較大的阻抗的緣故?!裉岢龅霓k法是:用電感將電解和CBB分開,CBB位于高頻紋波電流側(cè),電解位于直流(工頻)側(cè),各自承擔(dān)對應(yīng)的濾波任務(wù)?!裨O(shè)計原則:Π形濾波網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率Fn應(yīng)該錯開PWM頻率Fp。可取Fp=(1.5~2)Fn。●這一設(shè)計思想可以延伸到直流母線濾波的雙向緩沖,或者其他有較大濾波應(yīng)力的電路結(jié)構(gòu)。振鈴振鈴的危害:●MEI測試在振鈴頻率容易超標(biāo)。●振鈴將引起振鈴回路的損耗,造成器件發(fā)熱和降低效率?!裾疋忞妷悍瘸^臨界值將引起振鈴電流,破環(huán)電路正常工況,效率大幅度降低。振鈴的成因:●振鈴多半是由結(jié)電容和某個等效電感的諧振產(chǎn)生的。對于一個特定頻率的振鈴,總可以找到原因。電容和電感可以確定一個頻率,而頻率可以觀察獲得。電容多半是某個器件的結(jié)電容,電感則可能是漏感。●振鈴最容易在無損(無電阻的)回路發(fā)生。比如:副邊二極管結(jié)電容與副邊漏感的諧振、雜散電感與器件結(jié)電容的諧振、吸收回路電感與器件結(jié)電容的諧振等等。振鈴的抑制:●磁珠吸收,只要磁珠在振鈴頻率表現(xiàn)為電阻,即可大幅度吸收振鈴能量,但是不恰當(dāng)?shù)拇胖橐部赡茉黾诱疋彙!馬C吸收,其中C可與振
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