1、关于开关管 RC 吸收回路 等效电路： 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number RevisionSize B Date: 4-Sep-2007 Sheet of File: E:workTEMP仿仿仿仿仿仿.Ddb Drawn By: Cd C Coss D L LR R Vin Vo C Q Vin Vo L：变压器漏感及元器件引线电感等杂散电感之和。 R、 C：吸收电阻电容。 D、Cd ：整流二极管，Cd 为 D 的结电容。 Q、Coss：开关 MOSFET，Coss 为 MOSFET 的结电容。 开关管由导通到截止时由于漏感 L 的
2、存在，要通过 R、C 将其能量吸收掉， 否则会产生一个尖峰电压影响到元件的可靠性以及造成 EMI 问题。 整流二极管截止时还有个反向恢复电流的问题，但是把反向恢复电流最大 时当作分析的起使点，那在实际分析时过程还是一样的，只是初始状态不同。 考虑整流二极管这个回路， 设流过 L 上的电流为 I1(t)： 流过结电容Cd的电流为 :=IdC 2t()I1 流过吸收电容C的电流为 :Ic()dL 2t()I 根据 Cd 两端电压等于 R、C 两端电压得到微积分方程： ()I1tCdL2t()I1Rd()I1tCdL2t()I1tLt()I10 由于含有积分，方程求解不便，将其求导，得到 3 阶微分
3、方程： t()I1CdL3t()I1R()ItCd2t()I1L2t()I10 由于 Cd 很小，可以将其忽略以简化分析，得到简化后的微分方程： Rt()I1t2t()I10 考虑初始状态 I1（0）=Io，I1（0）=(Vin-Vo)/L，其中 Io 为开关管关闭 时电流的最大值， 应用拉普拉斯变换得到变换后的方程： :=G()RIoLSVinoCC12 这是个2阶系统，应当让其工作在过阻尼状态防止振荡，因此要保证极点 有2个相异实根，得到 R。 应用拉普拉斯逆变换可以得到电流 I1(t)的解：()I1t2 )RCIo24LCIo2(Vinoe /12()RC24LCtR4L( )I2I(i
4、e /12()RC24LCt2 电感 L 上的电压：V14( )RCIo24LCIo2(Vino()RC24L := e /12()RC24LCtR24LC()1(IoIoVino()R24LCe /12)RC24LCt24() 二极管 D 上的电压：VdinL14( )RCIo24LCIo2(Vino :=()2e /1()RtR2C4L()1)Io4LIo2(inoe /12()RC2CtR4LV 假定 L=0.1uH，C=220pF，Vo=12V，Vin= -60V（此时 MOSFET ON，变 压器次级电压反向，Vin 由 12V 跳变为-60V ） ，R=2*sqrt（L/C ）=4
5、2.6ohm 。 DCM 状态下 Io=0，考虑不同 的 R 值对波形的影响： 电流 I1(t)波形 电感 L 上的电压波形 二极管 D 电压波形 吸收电容 C 电压波形 可以看到阻值越小，电压电流的波形振荡越多，峰值越高，越容易对回路 产生不利影响，因此要保证工作在过阻尼状态，电阻 R 不能取小。 考虑 R=47ohm 时不同电容 C 对波形的影响： 电流 I1(t)波形 电感 L 上的电压波形 二极管 D 电压波形 吸收电容 C 电压波形 可以看到电容 C 越大，电压电流变化率会减小，并且电压的过冲会减小， 这样对 EMI 会有好处，但是峰值电流会变大。 考虑此时电阻 R 上的功率消耗，假
6、定回路工作频率 50KHz： 可以看到正常情况下吸收电阻消耗的功率与 R 值大小无关，只与 C 及 C 两端的电压有关，因此可以看到改善 EMI 是以增加消耗功率为代价的，会降 低回路的总体效率，因此 C 也不能取太大，此时 P=1/2*C*(Vin-Vo)2*f 。 需要看到此时吸收回路吸收的不是漏感 L 上的能量，而是电压跳变在电容 C 上产生的能量。 考虑在 CCM 状态下，设 Io=1A 和 2A C=220pF 时不同 R 值对波形的 影响： 1A 时电流 I1(t)波形 2A 时电流 I1(t)波形 1A 时电感 L 上的电压波形 2A 时电感 L 上的电压波 形 1A 时二极管
7、D 电压波形 2A 时二极管 D 电压波形 1A 时吸收电容 C 电压波形 2A 时吸收电容 C 电压波 形 R=47ohm 时不同 C 值对波形的 影响： 1A 时电流 I1(t)波形 2A 时电流 I1(t)波形 1A 时电感 L 上的电压波形 2A 时电 感 L 上的电压波形 1A 时二极管 D 电压波形 2A 时二极管 D 电压波形 1A 时吸收电容 C 电压波形 2A 时吸收电容 C 电压波形 可以看到当截止电流比较大时，电阻越大电流下降越慢，吸收电容上初始 电压就会越高，对电容耐压要求就会越高，此时电感 L 及二极管 D 两端电压 变化也会更快，对回路产生不利影响的可能性会更大，因
8、此吸收电阻 R 取值 也不能太大。 吸收电容上有初始电压是因为考虑二极管关断时两端电压不能突变，电感 L 电流也不能突变，从而电流经吸收电阻在吸收电容上产生了初始电压。 吸收电容的增大可以减小电压电流的变化率。 考虑此时吸收电阻 R 消耗的功率： 1A 时吸收电阻消耗的功率 2A 时吸收电阻消耗的功率 可以看到吸收功率始终随吸收电容 C 值的增大而增大，但是不同的截止 电流随吸收电阻 R 值的变化会有不同的变化。 因此可以根据 EMI 的情况选取合适的 C 值，然后由此 C 值确定 R 值。 可以考虑一种确定 R、C 值的方法，在最大截止电流的情况下确定吸收电 容 C 上的起始电压，这时可以计
9、算出 R 值，这个 R 值是最大值，然后再由 R 值计算出 C 值，这时的 C 值是吸收电容的最小值。 考虑结二极管电容 Cd 的影响，设 Cd=15pF：DCM 状态：Io=0， 电感 L 电流 IL 结电容 Cd 电流 Id 吸收电容 C 电流 Ic 电感 L 电压 结电容 Cd 电压 吸收电容 C 电压 以上 是不 同的 吸收电阻 R，考虑不同的吸收电容 C： 电感 L 电流 IL 结电容 Cd 电流 Id 吸收电容 C 电流 Ic 电感 L 电压 结电容 Cd 电压 吸收电容 C 电压 可以看到如果吸收电阻 R 偏大，流过结电容的电流也会增加，并且震荡 也比较厉害，对二极管 D 会有不
10、利影响，起不到保护二极管的作用。 吸收电容 C 的加大可以减小电压电流的变化率。 考虑 CCM 状态，Io 分别为 1A、2A： C=220pF，不同 R 的影响： 1A 时电感 L 的电流 2A 时电感 L 的电流 1A 时结电容 Cd 的电流 2A 时结电容 Cd 的电流 1A 时吸收电容 C 的电流 2A 时吸收电容 C 的电流 1A 时电感 L 的电压 2A 时电感 L 的电压 1A 时二极管 D 的电压 2A 时二极管 D 的电压 1A 时吸收电容 C 的电压 2A 时吸收电容 C 的电压 R=47ohm 时不同 C 的影响： 1A 时电感 L 的电流 2A 时 电感 L 的电流 1
11、A 时结电容 Cd 的电流 2A 时结电容 Cd 的电流 1A 时吸收电容 C 的电流 2A 时吸收电容 C 的电 流 1A 时电感 L 的电压 2A 时电感 L 的电压 1A 时二极管 D 的电压 2A 时二极管 D 的电压 1A 时吸收电容 C 的电压 2A 时吸收电容 C 的电压 可以看到截止电流越大，在二极管两端产生的尖峰电压越高，吸收电容越 大，电压电流变化率越小，吸收电阻越大，电压尖峰越高。 以上的曲线是在初始状态 I（0）=Io，I（0）=（Vin-Vo）/L，I（0）= - Io/Cd/L 的条件下求得的，不同得初始条件会得到不同得曲线。由于该初始条 件并不一定正确，因此得到的曲线可能与实际观察到的波形会有较大差异， 但是其变化趋势是可以参考的。
