一、什么是RC吸收?
RC吸收是指在電路設計中,尤其是在開關電源、功率電子設備以及電力電子系統中,使用電阻與電容串聯組成的電路結構,用于吸收和衰減電路中由于開關元件(如MOSFET、IGBT等)的快速切換所產生的過電壓和過電流現象。
反激變換器在 MOS 關斷的瞬間,由變壓器漏感 LLK與 MOS 管的輸出電容造成的諧振尖峰加在 MOS 管的漏極,如果不加以限制,MOS 管的壽命將會大打折扣。 因此需要采取措施,把這個尖峰吸收掉。

吸收是針對電壓尖峰而言,電壓尖峰從何而來?電壓尖峰的本質是什么?
電壓尖峰的本質是一個對結電容的dv/dt充放電過程,而dv/dt是由電感電流的瞬變(di/dt)引起的,所以,降低di/dt或者dv/dt的任何措施都可以降低電壓尖峰,這就是吸收。
二、RC吸收的作用是什么?
1、降低尖峰電壓。
2、緩沖尖峰電流。
3、降低di/dt和dv/dt,即改善EMI品質。
4、減低開關損耗,即實現某種程度的軟開關。
5、提高效率。提高效率是相對而言的,若取值不合理不但不能提高效率,弄不好還可能降低效率。
三、RC吸收的特點
1、雙向吸收。一個典型的被吸收電壓波形中包括上升沿、上升沿過沖、下降沿這三部分,RC吸收回路在這三個過程中都會產生吸收功率。通常情況下我們只希望對上升沿過沖實施吸收。因此這意味著RC吸收效率不高。
2、不能完全吸收。這并不是說RC吸收不能完全吸收掉上升沿過沖,只是說這樣做付出的代價太大。RC吸收最好定一個合適的吸收指標,不要指望它能夠把尖峰完全吸收掉。
3、RC吸收是能量的單向轉移,就地將吸收的能量轉變為熱能。盡管如此,這并不能說損耗增加了,在很多情況下,吸收電阻的發熱增加了,與電路中另外某個器件的發熱減少是相對應的,總效率不一定下降。設計得當的RC吸收,在降低電壓尖峰的同時也有可能提高效率。
四、吸收的誤區
1、Buck續流二極管反壓尖峰超標,就拼命的在二極管兩端加RC吸收。 這個方法卻是錯誤的。為什么?因為這個反壓尖峰并不是二極管引起的,盡管表現是在這里。這時只要加強MOS管的吸收或者采取其他適當的措施,這個尖峰就會消失或者削弱。
2、副邊二極管反壓尖峰超標,就在這個二極管上拼命吸收。 這種方法也是錯誤的,原因很清楚,副邊二極管反壓尖峰超標都是漏感惹的禍,正確的方法是處理漏感能量。
3、反激MOS反壓超標,就在MOS上拼命吸收。這種方法也是錯誤的。如果是漏感尖峰,或許吸收能夠解決問題。如果是反射電壓引起的,吸收不但不能能夠解決問題的,效率還會低得一塌糊涂,因為你改變了拓撲。
五、吸收的改善
書上網絡上都有關于吸收回路的計算方法的介紹,但由于寄生參數的影響,這些公式幾乎沒有實際意義,實際上大部分的RC參數是靠實驗來調整的,但RC的組合理論上有無窮多,怎么來初選這個值是很關鍵的,下面來介紹一些實用的理論和方法:
1、先不加RC,用容抗比較低的電壓探頭測出原始的震蕩頻率(注意用低電容的探頭,因為探頭的電容會引起震鈴頻率的改變,使設計結果不準),此震蕩是由LC 形成的,LC主要是變壓器次級漏感和布線的電感和輸出電容,C主要是二極管結電容和變壓器次級的雜散電容。

測量二極管D兩端原始振蕩頻率。此設計中為33.3MHz(未加RC吸收前):

2、測出原始震蕩頻率后,可以試著在二極管上面加電容(與二極管并聯方式),直到震蕩頻率變為原來的1/2(一半),如圖增加的電容為470pF,下圖的震蕩頻率變為16.7MHz(只加了C9后):

則原來震蕩的C(雜散電容)為所加電容的1/3(意思是470pF=3*C),震蕩的主體由原來的C變為了我們所加的電容C9;

3、知道了吸收電容C9的值就可以算R值了:


則振蕩是阻尼的,此電路中選擇R=33R,可以看到振蕩已基本完全消除(加了RC后);
一般把R加到吸收C上時,震蕩就可以大大衰減。這時再適當調整C值的大小,直到震蕩基本被抑制。
六、吸收電路測試經驗總結
1、吸收電容C的影響
1、并非吸收越多損耗越大,適當的吸收有一個效率最高點。
2、吸收電容C的大小與吸收功率(R的損耗)呈正比關系。即:吸收功率基本上由吸收電容決定。
2、吸收電阻R的影響
1、吸收電阻的阻值對吸收效果干系重大,影響明顯。
2、吸收電阻的阻值對吸收功率影響不大,即:吸收功率主要由吸收電容決定。
3、當吸收電容確定后,一個適中的吸收電阻才能達到最好的吸收效果。
4、當吸收電容確定后,最好的吸收效果發生在發生最大吸收功率處。換言之,哪個電阻發熱最厲害就最合適。
5、當吸收電容確定后,吸收程度對效率的影響可以忽略。
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原文標題:反激開關電源RC吸收電路設計
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