中心議題：

• RC緩衝電路設計
• 帶RC緩衝的正激變換器主電路設計

解決方案：

• 電容C限製了集電極電壓的上升速度
• 電容C的大小不僅影響集電極電壓的上升速度
  
  ，而且決定了電阻R上的能量損耗

在帶變壓器的開關dianyuantuopuzhong

，kaiguanguanguanduanshi，dianyahedianliudezhongdieyinqidesunhaoshikaiguandianyuansunhaodezhuyaobufen，tongshi，youyudianluzhongcunzaizasandianganhezasandianrong，zaigonglvkaiguanguanguanduanshi，dianluzhongyehuichuxianguodianyabingqiechanshengzhendang。ruguojianfengdianyaguogao，jiuhuisunhuaikaiguanguan。tongshi，zhendangdecunzaiyehuishishuchuwenbozengda。weilejiangdiguanduansunhaohejianfengdianya，xuyaozaikaiguanguanliangduanbinglianhuanchongdianluyigaishandianludexingneng。

緩衝電路的主要作用有：一是減少導通或關斷損耗
；二是降低電壓或電流尖峰；三是降低dV／dt或dI／dt。由於MOSFET管的電流下降速度很快，所以它的關斷損耗很小。雖然MOSFET管依然使用關斷緩衝電路，但它的作用不是減少關斷損耗
，而是降低變壓器漏感尖峰電壓。本文主要針對MOSFET管的關斷緩衝電路來進行討論。

1RC緩衝電路設計

在設計RC緩衝電路時，必須熟悉主電路所采用的拓撲結構情況。圖l所示是由RC組成的正激變換器的緩衝電路。圖中，當Q關斷時

，集電極電壓開始上升到2Vdc

，而電容C限製了集電極電壓的上升速度
，同時減小了上升電壓和下降電流的重疊，從而減低了開關管Q的損耗。而在下次開關關斷之前
，C必須將已經充滿的電壓2Vdc放完，放電路徑為C
、Q、R。


假設開關管沒帶緩衝電路，圖1所示的正激變換器的複位繞組和初級繞組匝數相同。這樣，當Q關斷瞬間

，儲存在勵磁電感和漏感中的能量釋放，初級繞組兩端電壓極性反向，正激變換器的開關管集電極電壓迅速上升到2Vdc。同時，勵磁電流經二極管D流向複位繞組，最後減小到零，此時Q兩端電壓下降到Vdc。圖2所示是開關管集電極電流和電壓波形。可見，開關管不帶緩衝電路時
，在Q關斷時，其兩端的漏感電壓尖峰很大，產生的關斷損耗也很大，嚴重時很可能會燒壞開關管，因此，必須給開關管加上緩衝電路。

當開關管帶緩衝電路時

，其集電極電壓和電流波形如圖3所示(以正激變換器為例)。
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在圖1中，當Q開始關斷時，其電流開始下降，而變壓器漏感會阻止這個電流的減小。一部分電流將繼續通過將要關斷的開關管，另一部分則經RC緩衝電路並對電容C充電，電阻R的大小與充電電流有關。

Ic的一部分流進電容C，可減緩集電極電壓的上升。通過選取足夠大的C，可以減少集電極的上升電壓與下降電流的重疊部分
，從而顯著降低開關管的關斷損耗，同時還可以抑製集電極漏感尖峰電壓。

圖3中的A-C階段為開關管關斷階段，C-D為開關管導通階段。在開關管關斷前
，電容C兩端電壓為零。在關斷時刻(B時刻)，C會減緩集電極電壓的上升速度，但同時也被充電到2Vdc(在忽略該時刻的漏感尖峰電壓的情況下)。

電容C的大小不僅影響集電極電壓的上升速度
，而且決定了電阻R上的能量損耗。在Q關斷瞬間，C上的電壓為2Vdc，它儲存的能量為0．5C(2Vdc)2焦耳。如果該能量全部消耗在R上，則每周期內消耗在R上的能量為：


對限製集電極上升電壓來說
，C應該越大越好
；但從係統效率出發
，C越大，損耗越大，效率越低。因此，必須選擇合適的C
，使其既能達到一定的減緩集電極上升電壓速度的作用，又不至於使係統損耗過大而使效率過低。

在圖3中
，由於在下一個關斷開始時刻(D時刻)必須保證C兩端沒有電壓，所以，在B時刻到D時刻之間的某時間段內，C必須放電。實際上，電容C在C-D這段時間內，也可以通過電阻R經Q和R構成的放電回路進行放電。因此，在選擇了一個足夠大的C後
，R應使C在最小導通時間ton內放電至所充電荷的5％以下，這樣則有：

式(1)表明R上的能量損耗是和C成正比的，因而必須選擇合適的C
，這樣，如何選擇C就成了設計RC緩衝電路的關鍵，下麵介紹一種比較實用的選擇電容C的方法。

事實上

，當Q開始關斷時，假設最初的峰值電流Ip的一半流過C，另一半仍然流過逐漸關斷的Q集電極
，同時假設變壓器中的漏感保持總電流仍然為Ip。那麼，通過選擇合適的電容C，以使開關管集電極電壓在時間tf內上升到2Vdc(其中tf為集電極電流從初始值下降到零的時間，可以從開關管數據手冊上查詢)，則有：


因此，從式(1)和式(3)便能計算出電容C的大小。在確定了C後，而最小導通時間已知，這樣
，通過式(2)就可以得到電阻R的大小。

2帶RC緩衝的正激變換器主電路設計

2．1電路設計

圖4所示是一個帶有RC緩衝電路的正激變換器主電路。該主電路參數為：Np=Nr=43匝。Ns=32匝
，開關頻率f=70kHz
，輸入電壓範圍為直流48～96V，輸出為直流12V和直流0．5A。


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開關管Q為MOSFET，型號為IRF830
，其tf一般為30ns。

Dl
、D2、D3為快恢複二極管，其tf很小(通常tf=30ns)。

本設計的輸出功率P0=V0I0=6W
，假設變換器的效率為80％
，每一路RC緩衝電路所損耗的功率占輸出功率的1％。這裏取Vdc=48V。

2．2實驗分析

下麵分兩種情況對該設計進行實驗分析
，一是初級繞組有緩衝

，次級無緩衝；二是初級無緩衝
，次級有緩衝。

(1)初級繞組有緩衝
，次級無緩衝

該實驗測量的是開關管Q兩端的漏源電壓，實驗分以下兩種情況：

第一種情況是RS1=1．5kΩ，CS1不定
，輸入直流電壓Vdc為48V。

其實驗結果為：在RS1不變的情況下，CSl越大，雖然開關管Q的漏感尖峰電壓無明顯降低，但它的漏源電壓變得平緩了，這說明在初級開關管的RC緩衝電路中，CSl應該選擇比較小的值。

第二種情況是CSl=33pF，RS1不定，輸入直流電壓Vdc為48V。其結果是：當CS1不變時
，RS1越大，開關管Q的漏感尖峰電壓越大(增幅比較小)。

可見，RC緩衝電路中，參數R的大小對降低漏感尖峰有很大的影響。在選定一個合適的C
，同時滿足式(2)時
，R應該選擇比較小的值。

(2)次級繞組有緩衝
，初級無緩衝

本實驗以D2、D3的陰極作為公共端來測量快恢複二極管的端壓，其結果是
，當R不變時，C越大，二極管兩端的漏感尖峰越小。同時理論上，如果C為無窮大時，二極管兩端的電壓中就沒有漏感尖峰。而在實際中，隻需讓二極管兩端電壓的漏感尖峰電壓在其端壓峰值的30％以內就可以滿足要求了，這樣同時成本也不會太高。

2．3設計參數的確定

通過實驗分析可見，在次級快恢複二極管的RC緩衝電路中，當選擇了適當大小的電容C時，在滿足式(2)的情況下，電阻R應該選擇得越小越好。

最終經過實際調試
，本設計選擇的RC緩衝電路參數為：
初級：RS1=200，CSl=100pF
次級：RS2=RS3=5l，CS2=CS3=1000pF

本設計的初級開關管的RC緩衝電路中的C值雖然選得稍微比計算值大一些
，但損耗也不是很大，因此還是可以接受的。相對初級而言
，次級快恢複二極管的RC緩衝電路中的C值就選得比計算值大得多，係統的損耗必然增大。但是，並聯在快恢複二極管兩端的RC緩衝電路主要是為了改善係統輸出性能
，因此選擇比較大的C值雖然會使係統的整體效率降低，但二極管兩端的漏感尖峰就減小了很多
，而且輸出電壓的紋波也可以達到指定要求。

根據以上給出的公式，可以很好而且很方便地選擇出合適的RC緩huan衝chong電dian路lu。但dan是shi在zai工gong程cheng應ying用yong中zhong

，應ying該gai根gen據ju係xi統tong設she計ji的de性xing能neng指zhi標biao
，通tong過guo實shi際ji調tiao試shi才cai能neng得de到dao真zhen正zheng合he適shi的de參can數shu。有you時shi候hou，為wei了le達da到dao係xi統tong的de性xing能neng指zhi標biao，犧xi牲sheng一yi定ding的de效xiao率lv也ye是shi必bi要yao的de。總zong之zhi，在zai設she計jiRC緩衝電路參數時
，必須綜合考慮係統性能和效率，最終選擇合適的RC參數。