跟電源專家陶顯芳學電源技術（完）：RCD尖峰脈沖吸收電路參數(shù)計算舉例 - 全文

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)訊：這篇文章是國內知名電源技術專家陶顯芳老師在國慶期間的研究成果，里面涉及到一些工程師非常關心的技術問題和相關電源問題和解決辦法，這章是《跟電源專家陶顯芳學電源技術》的最后一期：RCD尖峰脈沖吸收電路參數(shù)計算舉例。前面幾期可以在我們網(wǎng)站看到。謝謝大家支持。
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　　跟電源專家陶顯芳學電源技術（一）：漏感與分布電容對輸出波形的影響（上）

　　跟電源專家陶顯芳學電源技術（二）：漏感與分布電容對輸出波形的影響（下）

　　跟電源專家陶顯芳學電源技術（三）：漏感與分布電容數(shù)學分析

　　跟電源專家陶顯芳學電源技術（四）：電源開關管的過壓保護電路

　　跟電源專家陶顯芳學電源技術（五）：電源開關管保護電路參數(shù)的計算

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　　1、開關變壓器初級線圈漏感Ls的計算

　　反激式開關變壓器的漏感一般都比較大，漏感與初級線圈電感之比，大多數(shù)都在2～5%之間。漏感的大小主要與變壓器初、次級線圈的繞法、鐵芯和骨架的結構，以及氣隙大小等參數(shù)有關，還與磁通密度取值的大小有關，因為磁通密度取得越大，導磁率就會越小，漏感相對也要增大。漏感小于2%或大于15%的開關變壓器，其結構一般都比較特殊。

　　開關變壓器初級線圈電感量的大小，主要與開關電源的工作頻率有關，還與工作電壓和輸出功率的大小有關。一般輸出功率越大，工作頻率就越低，電感量相應也要增大；而工作電壓越高，電感量也越大。開關變壓器初級線圈的電感L和漏感Ls的大小可以用儀表直接測量，一般工作頻率為30～50kHz，工作電壓為AC110V~220V的開關變壓器，其初級線圈的電感量大約為：300～1000微亨，漏感大約為：10～100微亨；計算時，可按3～6%的比例來取值進行估算。例如：L=1000uH，則可取 Ls = 30～60uH。

　　2、尖峰脈沖吸收電容器容量的計算

　　要計算尖峰脈沖吸收電容器容量，首先要計算流過變壓器初級線圈電流的最大值。計算流過變壓器初級線圈的最大電流Im可根據(jù)開關電源的最大輸入功率Pm來估算。電流Im可根據(jù)開關電源的最大輸入功率Pm來估算。根據(jù)（26）式，當輸出功率一定時，輸入電壓在一定的范圍內，流過變壓器初級線圈的最大電流Im和輸出電壓Uo基本是穩(wěn)定的；變壓器初、次級線圈反激輸出電壓的半波平均值也基本是穩(wěn)定的，與輸入電壓的大小無關，但對應不同的輸入電壓必須對應不同的占空比，參看（41）、（42）式。

　　當流過開關變壓器初級線圈的最大電流確定之后，尖峰脈沖吸收電容器容量以及電容充電時電壓增量的數(shù)值就可以按（33）～（36）式進行計算。

　　大多數(shù)反激式開關電源的最大輸出功率都在100W以下，因為用于反激式開關電源功率損耗大于10W的電源開關管種類很少，如需要較大的輸出功率，一般都選用半橋式或全橋式雙激式開關電源。

　　當考慮電阻R對電容器C充電的分流作用，以及開關管由導通到完全關斷期間，漏極電流對電容器C充電的分流作用時，根據(jù)（36）式，假設分流系數(shù)r = 0.5 ，則（52）式還可改寫為：

　　上面（52）和（53）式的計算結果，可作為對RCD尖峰脈沖吸收電路進行試驗時，選擇電容器容量的上限和下限，最終結果需要通過電路試驗來決定。

　　試驗時，以輸入電壓和輸出功率的最大值為條件，然后，由大到小，選擇不同容量的電容器做試驗，用示波器觀測電源開關管D-S兩端的電壓，直到Uds與最高耐壓BVm兩者之差能滿足余量要求時，為最佳結果。

　　這里順便說明一下，為什么（53）式中的分流系數(shù)取值為0.5，而不是其它數(shù)值。因為，分流系數(shù)r的取值范圍是0～1，它是一個動態(tài)系數(shù)，它的大小，除了與輸入電壓和輸出功率和RCD電路中電容、電阻的大小有關外，還與開關管的關斷時間，以及電流大小有關系。

　　3、尖峰脈沖吸收電阻阻值的計算

　　紋波電壓 的大小與釋放電阻R的大小還有關。一旦電容器的容量確定之后，釋放電阻R的大小就可以根據(jù)（45）～（49）來計算。根據(jù)（38）式，電容器兩端最高電壓為：

　　根據(jù)（46）式，電容器兩端最低電壓為：

　　把（54）和（55）式的結果代入（49）式，即可求出RC的值：

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　即：計算結果為：C = 4395P ； R = 4096 歐姆。

　　試驗結果表明，（53）和（59）式的計算結果是合理的。當開關變壓器初級線圈的漏感為5%時，其反激輸出電壓的平均功率也為5%（Pa = 2.5W）；由于電容器C兩端電壓的半波平均值為108V，由此可求得電阻R（4096 歐姆）損耗的功率為2.85W，與精確值2.5瓦相差0.35W。這正是把（36）式設為電容器取值范圍下限，對應（53）和（59）所求得的結果，即由（59）所求得的結果還是一個保守的結果，但其離精確值已經(jīng)非常近。

　　當輸入電壓為最大值（AC260V）的時候，其占空比大約只有0.3左右，因此，電容器充電的時間要比放電的時間長很多；但在電容器還充電期間變壓器初級線圈會出現(xiàn)斷流，這相當于電容器會提前放電，其結果與占空比等于0.5時的結果基本相同。但做試驗時，最好還是以輸入電壓為最大值時為準。如電阻R的值取得小些，相當于分流系數(shù)r降低，這對降低開關管的關斷損耗是有好處的，因為，開關變壓器漏感儲存的磁能量，一部分是通過開關管關斷時產(chǎn)生的損耗來釋放的，另一部分則是通過RCD回路中的電容充電和電阻分流來進行釋放；但電阻的阻值取得太小，又會從勵磁電感線圈吸收能量，降低開關電源的工作效率。

　　在反激式開關電源中，很多人用一個穩(wěn)壓二極管來代替RCD電路中的電阻和電容，用以對開關管進行過壓保護，如圖8所示。從原理上來說，這種方法對開關管的過壓保護是非常有效的，但實踐證明，這種保護方法可靠性很差。因為，當開關管關斷時，1.95A（以上面計算結果為例）的電流流過150～200V的穩(wěn)壓二極管，其產(chǎn)生的瞬時功率高達290～390W，這么大的瞬時功率很容易使穩(wěn)壓二極管局部損傷，當損傷程度達到某個臨界點后，就會產(chǎn)生熱擊穿，造成永久失效。

　　另外，當穩(wěn)壓二極管還沒擊穿之前，它不會對開關管分流，從而大大增大開關管的管斷損耗；并且，流過穩(wěn)壓二極管的電流還產(chǎn)生很大的電流突跳，很容易產(chǎn)生高頻電磁輻射。因此，對開關管進行過壓保護，在技術性能方面，選用RC要遠遠優(yōu)于選用穩(wěn)壓二極管。

　　減小開關變壓器的漏感是提高開關電源工作效率和工作可靠性的最好方法，但這一點很少人注意。