开关电源电磁兼容及RC吸收回路设计

缓冲电路

开关管开通和关断理论上都是瞬间完成的，但实际情况开关管关断时刻下降的电流和上升的电压有重叠时间，所以会有较大的关断损耗。为了使IGBT关断过程电压能够得到有效的抑制并减小关断损耗，通常都需要给IGBT主电路设置关断缓冲电路。通常情况下,在设计关于IGBT的缓冲电路时要综合考虑从IGBT应用的主电路结构、器件容量以及要满足主电路各种技术指标所要求的IGBT开通特性、关断特性等因素。

选用RCD缓冲电路，结构如图4-5所示。

对缓冲电路的要求：尽量减小主电路的电感；电容应采用低感吸收电容；二极管应选用快开通和快速恢复二极管，以免产生开通过电压和反向恢复引起较大的振荡过电压。

3）缓冲二极管的选择

选用快速恢复二极管ERA34-10，参数为0.1A/1000V/0.15us。

继电器RC加吸收单元起到什么作用？

接触器和继电器在断电时，线圈释放瞬间会产生一个浪涌脉冲，这个浪涌电压对某些敏感电子装置会有干扰，造成电子装置误动作或故障，因此在接触器和继电器线圈并联一个阻容吸收器来吸收这个脉冲。

一般安装吸收单元的接触器或继电器都是因为在他的同一电路中存在敏感电子电路，这些电路对浪涌脉冲比较敏感，所以这类电路中的接触器或继电器才加装吸收单元，吸收继电器线圈释放产生的脉冲和浪涌，避免电子电路的故障或误动作.

RC吸收回路的作用，一是为了对感性器件在电流瞬变时的自感电动势进行钳位，二是抑制电路中因dV/dt对器件所引起的冲击，在感性负载中，开关器件关断的瞬间，如果此时感性负载的磁通不为零，根据愣次定律便会产生一个自感电动势，对外界辞放磁场储能，为简单起见，一般都采用RC吸收回路，将这部份能量以热能的方式消耗掉。

设计RC吸收回路参数，需要先确定磁场储能的大小，这分几种情况：

1、电机、继电器等，它的励磁电感与主回路串联，磁场储能需要全部由RC回路处理，开关器件关断的瞬间，RC回路的初始电流等于关断前的工作电流；

2、工频变压器、正激变压器，它的励磁电感与主回路并联，励磁电流远小于工作电流。虽然磁场储能也需要全部由RC回路处理，但是开关器件关断的瞬间，RC回路的初始电流远小于关断前的工作电流。

3、反激变压器，磁场储能由两部份辞放，其中大部份是通过互感向二次侧提供能量，只有漏感部份要通过RC回路处理，

以上三种情况，需要测量励磁电感，互感及漏感值，再求得RC回路的初始电流值。

R的取值，以开关所能承受的瞬时反压，比初始电流值；此值过小则动态功耗过大，此值过大则达不到保护开关的作用；

RC吸收回路设计基础

RC吸收回路的作用，一是为了对感性器件在电流瞬变时的自感电动势进行钳位，二是抑制电路中因dV/dt对器件所引起的冲击，在感性负载中，开关器件关断的瞬间，如果此时感性负载的磁通不为零，根据愣次定律便会产生一个自感电动势，对外界辞放磁场储能，为简单起见，一般都采用RC吸收回路，将这部份能量以热能的方式消耗掉。

设计RC吸收回路参数，需要先确定磁场储能的大小，这分几种情况：

1、电机、继电器等，它的励磁电感与主回路串联，磁场储能需要全部由RC回路处理，开关器件关断的瞬间，RC回路的初始电流等于关断前的工作电流；

2、工频变压器、正激变压器，它的励磁电感与主回路并联，励磁电流远小于工作电流。虽然磁场储能也需要全部由RC回路处理，但是开关器件关断的瞬间，RC回路的初始电流远小于关断前的工作电流。

3、反激变压器，磁场储能由两部份辞放，其中大部份是通过互感向二次侧提供能量，只有漏感部份要通过RC回路处理，

以上三种情况，需要测量励磁电感，互感及漏感值，再求得RC回路的初始电流值。R的取值，以开关所能承受的瞬时反压，比初始电流值；此值过小则动态功耗过大，引值过大则达不到保护开关的作用；C的取值，则需要满足在钳位电平下能够储存磁能的一半，且满足 一 定的dV/dt

开关电源的电磁兼容性设计(EMC设计)-减小干扰源干扰能量的缓冲电路

在开关控制电源的输入部分加入缓冲电路（如图示），其由线性阻抗稳定网络组成，用于消除电力线干扰、电快速瞬变、电涌、电压高低变化和电力线谐波等潜在的干扰。缓冲电路器件参数为D1为MUR460，R1=500Ω，C=6nF，L=36mH，R=150Ω。 

RCD吸收电路的设计

对于一位开关电源工程师来说，在一对或多对相互对立的条件面前做出选择，那是常有的事。而我们今天讨论的这个话题就是一对相互对立的条件。（即要限制主MOS管zui大反峰，又要RCD吸收回路功耗zui小）在讨论前我们先做几个假设，

①    开关电源的工作频率范围:20~200KHZ；

②    RCD中的二极管正向导通时间很短（一般为几十纳秒）；

③    在调整RCD回路前主变压器和MOS管，输出线路的参数已经完全确定。

有了以上几个假设我们就可以行计算：

一﹑首先对MOS管的VD进行分段：

ⅰ，输入的直流电压VDC；

ⅱ，次级反射初级的VOR；

ⅲ，主MOS管VD余量VDS；

ⅳ，RCD吸收有效电压VRCD1。

 二﹑对于以上主MOS管VD的几部分进行计算：

ⅰ，输入的直流电压VDC。在计算VDC时，是依zui高输入电压值为准。如宽电压应选择AC265V，即DC375V。VDC＝VAC *√2

ⅱ，次级反射初级的VOR。VOR是依在次级输出zui高电压,整流二极管压降zui大时计算的，如输出电压为：5.0V±5%（依Vo =5.25V计算），二极管VF为0.525V（此值是在1N5822的资料中查找额定电流下VF值）．VOR＝(VF+Vo)*Np/Ns

ⅲ，主MOS管VD的余量VDS．VDS是依MOS管VD的10%为zui小值．如KA05H0165R的VD=650应选择DC65V．VDC＝VD* 10%ⅳ，RCD吸收VRCD．MOS管的VD减去ⅰ，ⅲ三项就剩下VRCD的zui大值。实际选取的VRCD应为zui大值的90%（这里主要是考虑到开关电源各个元件的分散性，温度漂移和时间飘移等因素得影响）。

VRCD＝(VD-VDC -VDS)*90%注意：

① VRCD是计算出理论值，再通过实验进行调整，使得实际值与理论值相吻合．

② VRCD必须大于VOR的1.3倍．（如果小于1.3倍，则主MOS管的VD值选择就太低了）

③ MOS管VD应当小于VDC的2倍．（如果大于2倍，则主MOS管的VD值就过大了）

④如果VRCD的实测值小于VOR的1.2倍，那么RCD吸收回路就影响电源效率。

⑤ VRCD是由VRCD1和VOR组成的ⅴ，RC时间常数τ确定．τ是依开关电源工作频率而定的，一般选择10~20个开关电源周期。

三﹑试验调整VRCD值首先假设一个RC参数，R=100K/RJ15, C=10nF/1KV。再上市电，应遵循先低压后高压，再由轻载到重载的原则。在试验时应当严密注视RC元件上的电压值，务必使VRCD小于计算值。如发现到达计算值，就应当立即断电，待将R值减小后，重复以上试验。（RC元件上的电压值是用示波器观察的，示波器的地接到输入电解电容“＋”极的RC一点上，测试点接到RC另一点上）一个合适的RC值应当在zui高输入电压，zui重的电源负载下，VRCD的试验值等于理论计算值。

四﹑试验中值得注意的现象输入电网电压越低VRCD就越高，负载越重VRCD也越高。那么在zui低输入电压，重负载时VRCD的试验值如果大于以上理论计算的VRCD值，是否和（三）的内容相矛盾哪？一点都不矛盾，理论值是在zui高输入电压时的计算结果，而现在是低输入电压。重负载是指开关电源可能达到的zui大负载。主要是通过试验测得开关电源的极限功率。

五﹑RCD吸收电路中R值的功率选择R的功率选择是依实测VRCD的zui大值，计算而得。实际选择的功率应大于计算功率的两倍。编后语：RCD吸收电路中的R值如果过小，就会降低开关电源的效率。然而，如果R值如果过大，MOS管就存在着被击穿的危险。

RCD吸收电路的设计

在讨论前我们先做几个假设，

①    开关电源的工作频率范围:20~200KHZ；

②    RCD中的二极管正向导通时间很短（一般为几十纳秒）；

③    在调整RCD回路前主变压器和MOS管，输出线路的参数已经完全确定。

有了以上几个假设我们就可以行计算：

一﹑首先对MOS管的VD进行分段：

ⅰ，输入的直流电压VDC；

ⅱ，次级反射初级的VOR；

ⅲ，主MOS管VD余量VDS；

ⅳ，RCD吸收有效电压VRCD1。 

二﹑对于以上主MOS管VD的几部分进行计算：

ⅰ，输入的直流电压VDC。在计算VDC时，是依zui高输入电压值为准。如宽电压应选择AC265V，即DC375V。VDC＝VAC *√2

ⅱ，次级反射初级的VOR。VOR是依在次级输出zui高电压,整流二极管压降zui大时计算的，如输出电压为：5.0V±5%（依Vo =5.25V计算），二极管VF为0.525V（此值是在1N5822的资料中查找额定电流下VF值）．VOR＝(VF+Vo)*Np/Ns

ⅲ，主MOS管VD的余量VDS．VDS是依MOS管VD的10%为zui小值．如KA05H0165R的VD=650应选择DC65V．VDC＝VD* 10%

ⅳ，RCD吸收VRCD．MOS管的VD减去ⅰ，ⅲ三项就剩下VRCD的zui大值。实际选取的VRCD应为zui大值的90%（这里主要是考虑到开关电源各个元件的分散性，温度漂移和时间飘移等因素得影响）。

VRCD＝(VD-VDC -VDS)*90%注意：

① VRCD是计算出理论值，再通过实验进行调整，使得实际值与理论值相吻合．

② VRCD必须大于VOR的1.3倍．（如果小于1.3倍，则主MOS管的VD值选择就太低了）

③ MOS管VD应当小于VDC的2倍．（如果大于2倍，则主MOS管的VD值就过大了）

④如果VRCD的实测值小于VOR的1.2倍，那么RCD吸收回路就影响电源效率。

⑤ VRCD是由VRCD1和VOR组成的ⅴ，RC时间常数τ确定．τ是依开关电源工作频率而定的，一般选择10~20个开关电源周期。

三﹑试验调整VRCD值首先假设一个RC参数，R=100K/RJ15, C="10nF/1KV"。再上市电，应遵循先低压后高压，再由轻载到重载的原则。在试验时应当严密注视RC元件上的电压值，务必使VRCD小于计算值。如发现到达计算值，就应当立即断电，待将R值减小后，重复以上试验。（RC元件上的电压值是用示波器观察的，示波器的地接到输入电解电容“＋”极的RC一点上，测试点接到RC另一点上）一个合适的RC值应当在zui高输入电压，zui重的电源负载下，VRCD的试验值等于理论计算值。

四﹑试验中值得注意的现象输入电网电压越低VRCD就越高，负载越重VRCD也越高。那么在zui低输入电压，重负载时VRCD的试验值如果大于以上理论计算的VRCD值，是否和（三）的内容相矛盾哪？一点都不矛盾，理论值是在zui高输入电压时的计算结果，而现在是低输入电压。重负载是指开关电源可能达到的zui大负载。主要是通过试验测得开关电源的极限功率。

五﹑RCD吸收电路中R值的功率选择R的功率选择是依实测VRCD的zui大值，计算而得。实际选择的功率应大于计算功率的两倍。