基于開關(guān)電源的尖峰吸收電路研究

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。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。

開關(guān)電源圖

　　通過(guò)控制電路，使電子開關(guān)器件不停地“接通”和“關(guān)斷”,讓電子開關(guān)器件對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動(dòng)穩(wěn)壓。

　　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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(jiǎn)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(guò)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。

　　開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。

　　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(guò)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(lái)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)。