計算尖峰電流的目的 乾貨 談談RCD的計算方法

2021-10-14 11:23:11 字數 2298 閱讀 9055

從漏感儲能談談rcd的計算。反激變壓器繞好後,漏感就完全確定了。

首先我們假定電路已經計算完畢,電源電壓、連續或者斷續工作模式、最大占空比、直流輸出電壓、匝數比等等均已確定。

漏感儲能為功率開關管峰值電流的平方乘以漏感。rcd電路必須在pwm的乙個週期內將漏感儲能完全釋放。

假定反激變換器已經達到穩定工作狀態。功率開關管關斷時,漏感儲能通過二極體d對電容充電。如果電容無窮大,那麼電容兩端電壓不會上公升。但實際上電容總是有限值,所以電容兩端電壓必定上公升。在pwm的乙個週期內,電阻r必須將電容增加的這些能量完全釋放掉。

這個過程,類似於半波整流,不同之處僅在於半波整流電容總是充電到電源峰值,而rcd電路電容充電到多高電壓,取決於漏感儲能。我們需要考慮的是電容上電壓的變化,類似於半波整流的紋波電壓。

漏感儲能已知,取定電容量之後電容電壓增量就可以計算出來。我們又要求電阻r在pwm乙個週期內將漏感儲能完全釋放,即電阻在電容兩端電壓最大(峰值)變化到最小(谷值)這段時間內把漏感儲能釋放掉。兩個方程聯立,即可計算出電容兩端電壓的峰值和谷值。如果峰值疊加在電源電壓加反射電壓上之後太大(超過功率開關管降額使用的允許值),那就要減小紋波,即選用更大的電容。如果電阻值不能在乙個pwm週期內將漏感儲能完全釋放,那就要減小電阻。

歸根結底,漏感大小是最重要的。所以變壓器繞制時總要盡量減小漏感,例如採用夾層繞法(三明治繞法)等等。

我們從反激變換器基本電路開始說起。

圖(01)

圖(01)是反激變換器主電路,其中控制部分沒有畫出,功率開關三極體(或者mos管)集電極上的rcd吸收電路也沒有畫出。圖(01)中各個表示電流方向的箭頭,是開關管關斷後的電流方向。

圖(02)

aaa我們先把變壓器次級關聯電路上下顛倒一下,畫成圖(02)。這樣作的目的,是使變壓器兩個繞組同名端處於同一方向。當然,二極體d、電容c2、負載rl也要上下顛倒。

我們再假定變壓器兩個繞組匝數相同,那麼兩個繞組兩端電壓相同。我們把變壓器兩個繞組——初級和次級,合併成乙個,如圖(03)。各表示電流方向的箭頭仍然如同圖(01),是功率開關管關斷後的電流方向。

即使變壓器兩個繞組匝數不同,也沒有關係,我們總可以將次級匝數乘以變壓器初級次級匝數之比,將次級匝數換算到初級。

圖(03)

仔細看看圖(03),這就是乙個buck-boost電路(往往稱為反轉電路)!只不過各元件方向和我們熟悉的buck-boost電路不太一樣就是了。

如果還沒有看出來,那不妨對照圖(04)再看看。圖(04)正是乙個典型的buck-boost電路,圖(04)中各元器件標註與圖(03)相同,電流方向的標註也相同。圖(04)和圖(03)的區別,僅僅是輸入電源的正端接地,而圖(03)是負端接地。接地點選在直流電源的整端還是負端,對電路的工作並無影響。

所以,反激電路是由buck-boost電路把儲能電感l換成變壓器發展而來,這一點完全正確。

圖(04)

可是,buck-boost電路從來沒有使用過rcd電路來釋放功率管關斷時電感l中儲存的能量——根本沒有必要。德州儀器公司以及其它公司生產了那麼多buck-boost電路(或稱為反轉電路)晶元,在這些晶元datasheet的典型應用電路中,從來沒有提到過需要rcd電路來釋放功率管關斷時電感中儲存的能量。

為什麼buck-boost電路不需要rcd電路,而反激電路就需要rcd電路?

反激電路需要rcd來釋放能量,僅僅是因為反激電路把buck-boost電路中的儲能電感換成了變壓器以實現隔離。

buck-boost電路只有乙個電感,乙個電感當然沒有什麼漏感。反激電路將電感換成了具有原邊和副邊繞組的變壓器,原邊電流產生的磁通不可能完全穿過副邊,總有一些磁通沒有穿過副邊,這就產生了原邊對副邊的漏感。正是這些漏感所儲存的能量,導致功率管關斷時功率管集電極或者漏極電壓的尖峰。這些尖峰必須用rcd吸收電路釋放掉,以免電壓過高而擊穿功率開關管。rcd電路釋放掉的,正是變壓器漏感儲存的能量。

那麼,為什麼rcd電路不必釋放掉功率開關管導通期間變壓器原邊勵磁電流所儲存的能量?

我們知道,正激變換器也需要能量釋放電路,以釋放掉正激變換器功率開關管導通期間由勵磁電流儲存在變壓器中的能量。但是,反激變換器與正激變換器不同。正激變換器功率開關管關斷後,勵磁電流所儲存在變壓器鐵芯中的能量不會通過副邊整流電路釋放——副邊電流方向就不允許勵磁電流儲存的能量通過副邊釋放,但反激變換器功率開關管關斷後,勵磁電流儲存在變壓器鐵芯中的能量卻可以通過副邊整流電路釋放——反激變換器功率開關管關斷後副邊整流電路才開始工作。實際上,反激變換器功率開關管導通期間變壓器原邊電流完全是勵磁電流。

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