RC吸收电路

缓冲电路 （独立运行光伏发电系统功率控制研究-----内蒙古工业大学硕士论文）
开关管开通和关断理论上都是瞬间完成的， 但实际情况开关管关断时刻下降的电流和上升的 电压有重叠时间，所以会有较大的关断损耗。为了使 IGBT 关断过程电压能够得到有效的抑 制并减小关断损耗， 通常都需要给 IGBT 主电路设置关断缓冲电路。 通常情况下,在设计关于 IGBT 的缓冲电路时要综合考虑从 IGBT 应用的主电路结构、 器件容量以及要满足主电路各种 技术指标所要求的 IGBT 开通特性、关断特性等因素。 选用 RCD 缓冲电路，结构如图 4-5 所示。
作. RC 吸收回路的作用，一是为了对感性器件在电流瞬变时的自感电动势进行钳位， 二是抑制电路中因 dV/dt 对器件所引起的冲击，在感性负载中，开关器件关断的 瞬间， 如果此时感性负载的磁通不为零， 根据愣次定律便会产生一个自感电动势， 对外界辞放磁场储能，为简单起见，一般都采用 RC 吸收回路，将这部份能量以 热能的方式消耗掉。 设计 RC 吸收回路参数，需要先确定磁场储能的大小，这分几种情况： 1、电机、继电器等，它的励磁电感与主回路串联，磁场储能需要全部由 RC 回路 处理，开关器件关断的瞬间，RC 回路的初始电流等于关断前的工作电流； 2、工频变压器、正激变压器，它的励磁电感与主回路并联，励磁电流远小于工 作电流。虽然磁场储能也需要全部由 RC 回路处理，但是开关器件关断的瞬间， RC 回路的初始电流远小于关断前的工作电流。 3、反激变压器，磁场储能由两部份辞放，其中大部份是通过互感向二次侧提供 能量，只有漏感部份要通过 RC 回路处理， 以上三种情况，需要测量励磁电感，互感及漏感值，再求得 RC 回路的初始电流 值。 R 的取值，以开关所能承受的瞬时反压，比初始电流值；此值过小则动态功耗过 大，此值过大则达不到保护开关的作用；
RC 吸收回路设计基础
RC 吸收回路的作用， 一是为了对感性器件在电流瞬变时的自感电动势进行钳位， 二是抑制电路中因 dV/dt 对器件所引起的冲击，在感性负载中，开关器件关断 的瞬间，如果此时感性负载的磁通不为零，根据愣次定律便会产生一个自感电动 势，对外界辞放磁场储能，为简单起见，一般都采用 RC 吸收回路，将这部份能 量以热能的方式消耗掉。 设计 RC 吸收回路参数，需要先确定磁场储能的大小，这分几种情况： 1、电机、继电器等，它的励磁电感与主回路串联，磁场储能需要全部由 RC 回 路处理，开关器件关断的瞬间，RC 回路的初始电流等于关断前的工作电流； 2、工频变压器、正激变压器，它的励磁电感与主回路并联，励磁电流远小于工 作电流。虽然磁场储能也需要全部由 RC 回路处理，但是开关器件关断的瞬间， RC 回路的初始电流远小于关断前的工作电流。 3、反激变压器，磁场储能由两部份辞放，其中大部份是通过互感向二次侧提供 能量，只有漏感部份要通过 RC 回路处理， 以上三种情况，需要测量励磁电感，互感及漏感值，再求得 RC 回路的初始电流 值。 R 的取值，以开关所能承受的瞬时反压，比初始电流值；此值过小则动态功耗过 大，引值过大则达不到保护开关的作用；
VRCD＝(VD-VDC -VDS)*90% 注意：① VRCD 是计算出理论值，再通过实验进行调整，使得实际值与理论值相吻合． ② VRCD 必须大于 VOR 的 1.3 倍． （如果小于 1.3 倍，则主 MOS 管的 VD 值选择就太低了） ③ MOS 管 VD 应当小于 VDC 的 2 倍． （如果大于 2 倍，则主 MOS 管的 VD 值就过大了） ④ 如果 VRCD 的实测值小于 VOR 的 1.2 倍，那么 RCD 吸收回路就影响电源效率。 ⑤ VRCD 是由 VRCD1 和 VOR 组成的 ⅴ，RC 时间常数 τ 确定． τ 是依开关电源工作频率而定的，一般选择 10~ 20 个开关电源周期。 三﹑试验调整 VRCD 值 首先假设一个 RC 参数， R=100K/RJ15, C=10nF/1KV 。再上市电，应遵循先低压后高压， 再由轻载到重载的原则。在试验时应当严密注视 RC 元件上的电压值，务必使 VRCD 小于计算 值。如发现到达计算值，就应当立即断电，待将 R 值减小后，重复以上试验。 （ RC 元件上的电 压值是用示波器观察的，示波器的地接到输入电解电容“＋ ”极的 RC 一点上，测试点接到 RC 另 一点上） 一个合适的 RC 值应当在最高输入电压，最重的电源负载下，VRCD 的试验值等于理论计算值。 四﹑试验中值得注意的现象 输入电网电压越低 VRCD 就越高，负载越重 VRCD 也越高。那么在最低输入电压，重负载时 VRCD 的试验值如果大于以上理论计算的 VRCD 值，是否和（三）的内容相矛盾哪？一点都不 矛盾，理论值是在最高输入电压时的计算结果，而现在是低输入电压。 重负载是指开关电源可能达到的最大负载。主要是通过试验测得开关电源的极限功率。 五﹑RCD 吸收电路中 R 值的功率选择 R 的功率选择是依实测 VRCD 的最大值，计算而得。实际选择的功率应大于计算功率的两倍。
有了以上几个假设我们就可以先进行计算： 一﹑首先对 MOS 管的 VD 进行分段： ⅰ，输入的直流电压 VDC； ⅱ，次级反射初级的 VOR； ⅲ，主 MOS 管 VD 余量 VDS ； ⅳ，RCD 吸收有效电压 VRCD1。 二﹑对于以上主 MOS 管 VD 的几部分进行计算： ⅰ，输入的直流电压 VDC。 在计算 VDC 时，是依最高输入电压值为准。如宽电压应选择 AC265V，即 DC375V。 VDC＝VAC *√2 ⅱ，次级反射初级的 VOR。 VOR 是依在次级输出最高电压,整流二极管压降最大时计算的，如输出电压为： 5.0V± 5%（依 Vo =5.25V 计算） ， 二极管 VF 为 0.525V （此值是在 1N5822 的资料中查找额定电流下 VF 值） ． VOR＝(VF +Vo)*Np/Ns ⅲ，主 MOS 管 VD 的余量 VDS． VDS 是依 MOS 管 VD 的 10%为最小值．如 KA05H0165R 的 VD=650 应选择 DC65V． VDC＝VD* 10% ⅳ，RCD 吸收 VRCD． MOS 管的 VD 减去ⅰ，ⅲ三项就剩下 VRCD 的最大值。实际选取的 VRCD 应为最大值的 90% （这里主要是考虑到开关电源各个元件的分散性，温度漂移和时间飘移等因素得影响） 。
对缓冲电路的要求：尽量减小主电路的电感；电容应采用低感吸收电容；二极管应选用快开 通和快速恢复二极管，以免产生开通过电压和反向恢复引起较大的振荡过电压。
（ 1 ）缓冲电容的计算
Cs I ce 50 tr t f 0.85 0.51uF Vce 84
（ 2 ）缓冲电阻的计算
编后语： RCD 吸收电路中的 R 值如果过小，就会降低开关电源的效率。然而，如果 R 值如果过大，MOS 管就存在着被击穿的危险。
RCD 吸收电路的设计
在讨论前我们先做几个假设， ① ② ③ 开关电源的工作频率范围:20~200KHZ； RCD 中的二极管正向导通时间很短（一般为几十纳秒） ； 在调整 RCD 回路前主变压器和 MOS 管，输出线路的参数已经完全确定。
有了以上几个假设我们就可以先进行计算： 一﹑首先对 MOS 管的 VD 进行分段： ⅰ，输入的直流电压 VDC； ⅱ，次级反射初级的 VOR； ⅲ，主 MOS 管 VD 余量 VDS ； ⅳ，RCD 吸收有效电压 VRCD1。 二﹑对于以上主 MOS 计算 VDC 时，是依最高输入电压值为准。如宽电压应选择 AC265V，即 DC375V。 VDC＝VAC *√2 ⅱ，次级反射初级的 VOR。 VOR 是依在次级输出最高电压,整流二极管压降最大时计算的，如输出电压为： 5.0V± 5%（依 Vo =5.25V 计算） ， 二极管 VF 为 0.525V （此值是在 1N5822 的资料中查找额定电流下 VF 值） ． VOR＝(VF +Vo)*Np/Ns ⅲ，主 MOS 管 VD 的余量 VDS． VDS 是依 MOS 管 VD 的 10%为最小值．如 KA05H0165R 的 VD=650 应选择 DC65V． VDC＝VD* 10% ⅳ，RCD 吸收 VRCD． MOS 管的 VD 减去ⅰ，ⅲ三项就剩下 VRCD 的最大值。实际选取的 VRCD 应为最大值的 90% （这里主要是考虑到开关电源各个元件的分散性，温度漂移和时间飘移等因素得影响） 。 VRCD＝(VD-VDC -VDS)*90% 注意：① VRCD 是计算出理论值，再通过实验进行调整，使得实际值与理论值相吻合． ② VRCD 必须大于 VOR 的 1.3 倍． （如果小于 1.3 倍，则主 MOS 管的 VD 值选择就太低了） ③ MOS 管 VD 应当小于 VDC 的 2 倍． （如果大于 2 倍，则主 MOS 管的 VD 值就过大了） ④ 如果 VRCD 的实测值小于 VOR 的 1.2 倍，那么 RCD 吸收回路就影响电源效率。 ⑤ VRCD 是由 VRCD1 和 VOR 组成的 ⅴ，RC 时间常数 τ 确定． τ 是依开关电源工作频率而定的，一般选择 10~ 20 个开关电源周期。 三﹑试验调整 VRCD 值 首先假设一个 RC 参数， R=100K/RJ15, C="10nF/1KV"。再上市电，应遵循先低压后高压， 再由轻载到重载的原则。在试验时应当严密注视 RC 元件上的电压值，务必使 VRCD 小于计算 值。如发现到达计算值，就应当立即断电，待将 R 值减小后，重复以上试验。 （ RC 元件上的电 压值是用示波器观察的，示波器的地接到输入电解电容“＋ ”极的 RC 一点上，测试点接到 RC 另 一点上） 一个合适的 RC 值应当在最高输入电压，最重的电源负载下，VRCD 的试验值等于理论计算值。 四﹑试验中值得注意的现象 输入电网电压越低 VRCD 就越高，负载越重 VRCD 也越高。那么在最低输入电压，重负载时 VRCD 的试验值如果大于以上理论计算的 VRCD 值，是否和（三）的内容相矛盾哪？一点都不 矛盾，理论值是在最高输入电压时的计算结果，而现在是低输入电压。 重负载是指开关电源可能达到的最大负载。主要是通过试验测得开关电源的极限功率。 五﹑RCD 吸收电路中 R 值的功率选择 R 的功率选择是依实测 VRCD 的最大值，计算而得。实际选择的功率应大于计算功率的两倍。