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吸收电路

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基本拓扑电路一般不吸收缓冲电路,实际电路一般有吸收缓冲电路,吸收缓冲是工程需要,而不是拓扑需要。

吸收与缓冲的功效:

● 防止设备损坏,吸收防止电压击穿,缓冲防止电流击穿 ● 使功率设备远离危险工作区,提高可靠性 ● 减少(开关)设备损耗,或在一定程度上实现关软开关 ● 降低di/dt和dv/dt,减少振铃,改进EMI品质 ● 提高效率(提高效率是可能的,但也可能降低效率) 也就是说,防止设备损坏只是吸收和缓冲的效果之一,其他效果也很有价值。

吸收

对电压尖峰的吸收。

电压尖峰的原因:

● 电压尖峰是由电感续流引起的。 ● 电压尖峰的电感可能是变压器泄漏、线路分布电感、设备等效模型中的感性成分等。 ● 导致电压尖峰的电流可能是:拓扑电流、二极管反向恢复电流、谐振电流不当等。

降低电压尖峰的主要措施是:

● 减少可能导致电压尖峰的电感,如漏感、布线电感等 ● 减少可能导致电压尖峰的电流,如二极管反向恢复电流 ● 如有可能,将上述电感能量转移到其他地方。 ● 采取上述措施后,电压尖峰仍不可接受,最终考虑吸收。吸收是最后的技术措施

拓扑吸 图片

图片 将开关管Q拓扑继续流二极管D1和无损拓扑电容C2在布线上形成尽可能短的吸收回路。

拓扑吸收的特点:

● 同时将Q1、D1.最小限度地减少电压尖峰和振铃。 ● 无损吸收是拓扑吸收,效率高。 ● 吸收电容C2可在大范围内取值。 ● 拓扑吸收是硬开关,因为拓扑是硬开关。

体二极管反向恢复吸收 开关器件体二极管的反向恢复特性起着关闭电压上升的作用,具有降低电压峰值的吸收作用。

RC 吸收

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● RC阻尼吸收是吸收的本质。 ● 有人认为R 限流作用,C是吸收。实际情况恰恰相反。 ● 电阻R 最重要的功能是产生阻尼,吸收电压尖峰的谐振能,这是一个功率装置。 ● 电容C的作用不是电压吸收,而是为R阻尼提供能量通道。 ● RC吸收并联于谐振回路,C提供谐振能量通道,C 吸收程度由大小决定,最终目的是使R形成功率吸收。 ● 对应特定的吸收环境和特定大小的电容C,有一个最合适大小的电阻R,形成最大阻尼,获得最低电压峰值。 ● RC吸收是无方向吸收,所以RC吸收可用于单向电路或双向或对称电路的吸收。

RC 吸收设计

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● RC吸收设计方法的难点在于吸收与漏感、绕组结构、分布电感电容、设备等效电感电容、电流、电压、功率等因素有关,di/dt、dv/dt、频率、二极管反向恢复特性等。而且有些因素很难获得准确的设计参数。 ● 例如,即使二极管反压,即使其他情况完全相同,也需要使用不同的二极管型号RC吸收参数可能会有很大的差距。很难推导出一个通用的计算公式。 ● R 损耗功率可大致按以下估算: Ps = FCU2 U是吸收电路拓扑反射电压。 ● 在工程中,初步参数应通过计算或模拟获得,最终设计参数必须根据实际布线在板上进行调试。

RCD 吸收 图片

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特点

● RCD吸收不是阻尼吸收,而是非线性开关D 将电压尖峰控制在任何需要的水平,直接破坏形成电压尖峰的谐振条件。

● C 它的大小决定了吸收效果(电压尖峰)和吸收功率(即R的热功率)。

● R 它的作用只是以热的形式消耗能量。其电阻的最小值应满足开关管的电流限制,最大值应满足PWM逆程RC需要放电周期,在此范围内取值对吸收效果影响不大。

● RCD吸收会在受保护的开关设备上实现一定程度的软关闭,因为瞬时开关设备上的电压等于0,关闭动作会在C 形成充电过程,延缓电压恢复,降低dv/dt,实现软关断。

不适应性

● RCD吸收一般不适合反激拓扑的吸收,这是因为RCD吸收可能与反激拓扑相冲突。 ● RCD吸收一般不适合吸收二极管反压尖峰,因为RCD二极管反向恢复电流可能会增加吸收动作。

钳位吸收

RCD 钳位

● 尽管RCD钳位与RCD吸收电路可以完全相同,但元件参数和工况完全不同。RCD吸收RC时间常数远小于PWM周期,而RCD钳位的RC时间常数远远大于PWM周期。

● 与RCD吸收电容器的完全放电条件不同,RCD钳位的电容器可视为电压源RC充放电范围的谷值不得小于拓扑反射电压,峰值为钳位电压。 ● 由于RCD钳位在PWM电压的上升边缘和下降边缘不会移动,只有在电压峰值出现时才会移动,因此RCD钳位吸收效率高。

齐纳钳位

● 几种形式的齐纳钳位。 ● 齐纳钳位在电压尖峰时也起作用,吸收效率高。 ● 在某些情况下,齐纳钳位需要考虑齐纳二极管反向恢复特性对电路的影响。 ● 齐纳吸收应注意吸收功率匹配,必要时可使用有源功率器件形成大功率等效电路

无损吸收

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无损吸收条件

● 电阻不得用于吸收网络。 ● 不得形成LD电流回路。 ● 拓扑电流路径不得作为吸收回路。 ● 吸收能量必须转移到输入侧或输出侧。 ● 尽量减少吸收回路二极管反向恢复电流的影响。 无损吸收是强吸收,不仅能吸收电压尖峰,还能吸收拓扑反射电压,

比如: 图片

缓冲

缓冲是冲击尖峰电流 ● 第一种情况是二极管(包括体二极管)反向恢复电流。 ● 第二种情况是电容器的充放电电流。这些电容器可能是:电路分布电容器、变压器绕组等效分布电容器、吸收电容器设计不当、谐振电容器设计不当、设备等效模型中的电容组件等。

缓冲的基本方法:

将某种类型的电感串入冲击电流尖峰的路径,可以是以下类型:

图片 缓冲特性:

● 缓冲电路一般需要与吸收电路配合使用,因为缓冲电感的串入会显著增加吸收的工作量。 ● 缓冲电路延缓了导通电流的冲击,可以在一定程度上实现软开启(ZIS)。 ● 变压器漏感也可作为缓冲电感。

LD 缓冲

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特点: ● 不需要吸收电路配合。 ● 缓冲释能二极管的电流应力相当于或更大。 ● 缓冲释能二极管的损耗可以简单地理解为开关管减少的损耗。 ● 适当的缓冲电感(L3)参数可大大降低开关管损耗,实现高效率。

LR 缓冲

特点: ● 需要吸收电路来转移剩余的电感能量。 ● 缓冲释能电阻R损耗较大,可简单理解为从开关管转移的损耗。 ● R、L参数必须实现最佳配合,参数设计调试难以掌握。 ● 只要参数合适,仍能达到高效率。

饱和电感缓冲

● 饱和电感的电气性能是对的di/dt敏感。

● 随着电流的增加,冲击电流的上升边缘开始出现较大的阻抗,从而延缓和削弱冲击电流的峰值,即软开启。

● 当电流达到一定程度时,饱和电感由于饱和而出现低阻抗,有利于高效传输功率。

● 当电流关闭时,电感逐渐退出饱和状态。一方面,由于之前饱和状态的饱和电感非常小,即储能和所需的释能较小。另一方面,退出时电感的恢复可以减缓电压的上升,有利于软关闭。

● 以Ls2为例,5u表示磁路截面积5mm二、大致相当于一个PC40材质442的小磁芯

饱和电感特性

● 热特性

饱和电感是一种功率装置,通过磁滞损耗(而不是涡流损耗或铜损耗)吸收电流尖峰能量,主要热功率来自磁芯。

一方面,磁芯应为高频材料,另一方面,在任何情况下都不得超过室内温度。这意味着饱和电感的磁芯应具有最有利的散热特性和结构,即室内温度高、导热系数高、散热面积大、导热路径短。

● 饱和特性

显然,饱和电感一般不需要使用气隙或不易饱和的低导磁性材料。

● 初始电感等效特性

在其他条件相同的情况下,导磁率较低的磁芯与饱和电感的初始电感相当,导磁率较高,导磁率较低。

这意味着直接使用1 匝的穿心电感总是可能的,因为任何多匝的电感总可以找到更高导磁率的磁芯配合1 匝等效。如果一个合适的磁芯配合1,这也意味着磁芯的最高导磁率是有限的。 匝的饱和电感将不使用导磁率较高的磁芯与匝数较少的可能性相匹配。

● 磁芯体积等效特性

在其他条件相同的情况下,相同体积的磁芯的饱和电感缓冲效果大致相同。在这种情况下,磁芯可以根据最有利于散热的磁路进行设计。例如,细长的管状磁芯比环状磁芯、多个小磁芯芯、穿心电感明显比多匝电感具有更大的散热面积。

● 组合特性

有时,单一材料的磁芯不能达到工程所需的缓冲效果,使用各种材料的磁芯相互配合可以满足工程的需要。

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无源无损缓冲吸收

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● 如果缓冲电感本身是无损的(非饱和电感),其电感储能通过无损吸收处理,即构成无源无损缓冲吸收电路,实际上是无源软开关电路。

p>● 缓冲电感的存在延迟和削弱的开通冲击电流,实现了一定程度的软开通。

● 无损吸收电路的存在延迟和降低了关断电压的dv/dt,实现了一定程度的软关断。

● 实现无源软开关的条件与无损吸收大致相同。并不是所有拓扑都能够搭建出一个无源软开关电路。因此除了经典的电路外,很多无源软开关电路都是被专利的热门。

● 无源无损软开关电路效率明显高于其他缓冲吸收方式,与有源软开关电路效率相差无几。因此只要能够实现无源软开关的电路,可不必采用有源软开关。 吸收缓冲电路性能对

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滤波缓

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● 电路中的电解电容一般具有较大的ESR(典型值是百毫欧姆数量级),这引起两方面问题:一是滤波效果大打折扣;二是纹波电流在ESR上产生较大损耗,这不仅降低效率,而且由于电解电容发热直接导致的可靠性和寿命问题。

● 一般方法是在电解电容上并联高频无损电容,而事实上,这一方法并不能使上述问题获得根本的改变,这是由于高频无损电容在开关电源常用频率范围内仍然存在较大的阻抗的缘故。

● 提出的办法是:用电感将电解和CBB分开,CBB位于高频纹波电流侧,电解位于直流(工频)侧,各自承担对应的滤波任务。

● 设计原则:Π形滤波网络的谐振频率Fn应该错开PWM频率Fp。可取Fp=(1.5~2)Fn 。

● 这一设计思想可以延伸到直流母线滤波的双向缓冲,或者其他有较大滤波应力的电路结构。

振铃

振铃的危害:

● MEI测试在振铃频率容易超标。 ● 振铃将引起振铃回路的损耗,造成器件发热和降低效率。 ● 振铃电压幅度超过临界值将引起振铃电流,破环电路正常工况,效率大幅度降低。

振铃的成因:

● 振铃多半是由结电容和某个等效电感的谐振产生的。对于一个特定频率的振铃,总可以找到原因。电容和电感可以确定一个频率,而频率可以观察获得。电容多半是某个器件的结电容,电感则可能是漏感。

● 振铃最容易在无损(无电阻的)回路发生。比如:副边二极管结电容与副边漏感的谐振、杂散电感与器件结电容的谐振、吸收回路电感与器件结电容的谐振等等。

振铃的抑制:

● 磁珠吸收,只要磁珠在振铃频率表现为电阻,即可大幅度吸收振铃能量,但是不恰当的磁珠也可能增加振铃。

● RC 吸收,其中C可与振铃(结)电容大致相当,R 按RC吸收原则选取。

● 改变谐振频率,比如:只要将振铃频率降低到PWM频率相近,即可消除PWM上的振铃。

● 特别地,输入输出滤波回路设计不当也可能产生谐振,也需要调整谐振频率或者其他措施予以规避。

吸收缓冲能量再利用 图片

RCD吸收能量回收电路

只要将吸收电路的正程和逆程回路分开,形成相对0 电位的正负电流通道,就能够获得正负电压输出。其设计要点为:

RCD吸收电路参数应主要满足主电路吸收需要,不建议采用增加吸收功率的方式增加直流输出功率。

标签: 环状电感器保护吸收电容

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