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行业消息
编号:71
检查:147
2021-06
03
具体清点开关电源中的缓冲接收电路

根基拓扑电路上普通不接收缓冲电路,现实电路上普通有接收缓冲电路,接收与缓冲是工程须要,不是拓扑须要。

缓冲电路是节制开关器件疾速回升和降落引发的瞬态尖峰的首要体例。它们凡是首要是由一些无源器件组成的收集,用来节制电路中无功元件发生的振荡。公道的缓冲电路,可以或许或许也许也许也许进步电路的靠得住性和效力,降落EMI,并完成更高的使命频次。缓冲器的根基目标是接收由寄生成份引发的无功能量,并且将能量耗损掉或将指导至可以或许或许也许也许也许收受接管的处所。

而来自磁性器件和长PCB走线或环路中的电感,和半导体结电容和布线耦合,这些是无功能量的罕见来历。不管若何因为底子缘由凡是是寄生参数的影响,以是最首要的准绳是尽可以或许或许也许也许削减这些寄生参数。至于怎样样能力做到这一点,将在前面的章节中更具体地会商。但在这里,咱们是假定在PCB规划已很好地完成了接上去议论若何设想缓冲器大大都缓冲器都是针对特定的题目去设想的可是仍是做一些分类可以或许或许也许也许也许赞助懂得。第一个分类规范是将它们分红无源(只是电阻、电容、电感和二极管的组合)和有源(操纵开关管)缓冲接收电路,但另外一个分类规范是看缓冲器是属于能量耗散仍长短耗散范例,第三个分类规范是节制电压仍是电流。任什么时候候理性元件碰到容性元件,若是还存在疾速变更的电流或电压,其成果可以或许或许也许也许便是发生振荡。

 

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接收与缓冲的功能:

  • 避免器件粉碎,接收避免电压击穿,缓冲避免电流击穿
  • 使功率器件阔别风险使命区,从而进步靠得住性
  • 降落(开关)器件耗损,或完成某种水平的关软开
  • 降落di/dt和dv/dt,降落振铃,改良EMI品德
  • 进步效力(进步效力是可以或许或许也许也许的,但弄不好也可以或许或许也许也许降落效力)

也便是说,避免器件粉碎只是接收与缓冲的功能之一,其余功能也是很有代价的。


 

接收:接收是对电压尖峰而言。

 

电压尖峰的成因:

  • 电压尖峰是电感续流引发的。
  • 引发电压尖峰的电感可以或许或许也许也许是:变压器漏感、线路散布电感、器件等效模子中的理性成份等。
  • 引发电压尖峰的电流可以或许或许也许也许是:拓扑电流、二极管反向规复电流、不得当的谐振电流等。

 

削减电压尖峰的首要方法是:

  • 削减可以或许或许也许也许引发电压尖峰的电感,比方漏感、布线电感等
  • 削减可以或许或许也许也许引发电压尖峰的电流,比方二极管反向规复电流等
  • 若是可以或许或许也许也许的话,将上述电感能量转移到别处。
  • 接纳上述方法后电压尖峰依然不能接管,最初才斟酌接收。接收是不得已的手艺方法

 

 

 

拓扑吸

 

 

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将开关管Q1、拓扑续流二极管D1和一个无损的拓扑电容C2组成一个在布线上尽可以或许或许也许也许冗长的接收回路。

 

拓扑接收的特色:

  • 同时将Q1、D1的电压尖峰、振铃削减到最低水平。
  • 拓扑接收是无损接收,效力较高。
  • 接收电容C2可以或许或许也许也许也许在大规模内取值。
  • 拓扑接收是硬开关,因为拓扑是硬开关。

 

体二极管反向规复接收开关器件的体二极管的反向规复特征,在关断电压的回升沿阐扬感化,有降落电压尖峰的接收效应。

 

 

RC接收

 

 

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  • RC接收的实质是阻尼接收。
  • 有人以为R 是限流感化,C是接收。现实环境恰好相反。
  • 电阻R 的最首要感化是发生阻尼,接收电压尖峰的谐振能量,是功率器件。
  • 电容C的感化也并不是电压接收,而是为R阻尼供给能量通道。
  • RC接收并联于谐振回路上,C供给谐振能量通道,C 的巨细决议接收水平,终究目标是使R组成功率接收。
  • 对应一个特定的接收环境和一个特定巨细的电容C,有一个最合适巨细的电阻R,组成最大的阻尼、取得最低的电压尖峰。
  • RC接收是有方向接收,是以RC接收既可以或许或许也许也许也许用于单向电路的接收,也可用于双向或对称电路的接收。

 

 

 

RC接收设想

 

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  • RC接收的设想体例的难点在于:接收与太多身分有关,比方漏感、绕组布局、散布电感电容、器件等效电感电容、电流、电压、功率品级、di/dt、dv/dt、频次、二极管反向规复特征等等。并且此中某些身分是很难取得精确的设想参数的。
  • 比方对二极管反压的接收,即便其余环境完整不异,操纵差别的二极管型号须要的RC接收参数就可以或许或许也许也许有很大差异。很难推导出一个通用的计较公式出来。
  • R 的耗损功率可大抵按下式预算:Ps = FCU2此中U为接收回路拓扑反射电压。
  • 工程上普通应当在经由进程计较或仿真取得开端参数后,还必须根据现实布线在板调试,能力取得终究设想参数。

 

 

 

RCD接收

 

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特色:

  • RCD接收不是阻尼接收,而是靠非线性开关D 间接粉碎组成电压尖峰的谐振前提,把电压尖峰节制在任何须要的水平。
  • C 的巨细决议接收结果(电压尖峰),同时决议了接收功率(即R的热功率)。
  • R 的感化只是把接收能量以热的情势耗损掉。其电阻的最小值应当知足开关管的电流限定,最大值应当知足PWM逆程RC放电周期须要,在此规模内取值对接收结果影响甚微。
  • RCD接收会在被掩护的开关器件上完成某种水平的软关断,这是因为关断刹时开关器件上的电压即接收电容C上的电压即是0,关断举措会在C 上组成一个充电进程,延缓电压规复,降落dv/dt,完成软关断。

 

不顺应性:

  • RCD接收普通不合适反激拓扑的接收,这是因为RCD接收可以或许或许也许也许与反激拓扑相抵触。
  • RCD接收普通不合适对二极管反压尖峰的接收,因为RCD接收举措有可以或许或许也许也许加重二极管反向规复电流。

 

钳位接收RCD钳位:

  • 虽然RCD钳位与RCD接收电路可以或许或许也许也许也许完整不异,但元件参数和工况完整差别。RCD接收RC时候常数远小于PWM周期,而RCD钳位的RC时候常数弘远于PWM周期。
  • 与RCD接收电容的全充全下班况差别,RCD钳位的电容可以或许或许也许也许也许当作是电压源,其RC充放电幅度的谷值应不小于拓扑反射电压,峰值即钳位电压。
  • 因为RCD钳位在PWM电压的回升沿和降落沿都不会举措,只在电压尖峰显现时举措,是以RCD钳位是高效力的接收。

 

齐纳钳位:

  • 齐纳钳位的几种情势。
  • 齐纳钳位也是在电压尖峰才起感化,也是高效力接收。
  • 某些场所,齐纳钳位须要斟酌齐纳二极管的反向规复特征对电路的影响。
  • 齐纳接收需注重接收功率婚配,须要时可用有源功率器件组成大功率等效电路。

 

 

 

无损接收

 

 

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无损接收的前提:

  • 接收收集不得操纵电阻。
  • 不得组成LD电流回路。
  • 接收回路不得成为拓扑电流途径。
  • 接收能量必须转移到输入侧或输入侧。
  • 尽可以或许或许也许也许削减接收回路二极管反向规复电流的影响。

 

无损接收是强力接收,不只可以或许或许也许也许也许接收电压尖峰,乃至可以或许或许也许也许也许接收拓扑反射电压,比方:

 

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缓冲

 

缓冲是对打击尖峰电流而言

  • 引发电流尖峰第一种环境是二极管(包含体二极管)反向规复电流。
  • 引发电流尖峰第二种环境是对电容的充放电电流。这些电容可以或许或许也许也许是:电路散布电容、变压器绕组等效散布电容、设想不得当的接收电容、设想不得当的谐振电容、器件的等效模子中的电容成份等等。

 

缓冲的根基体例,在打击电流尖峰的途径上串入某种范例的电感,可以或许或许也许也许也许是以下范例:

 

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缓冲的特征:

  • 因为缓冲电感的串入会较着增添接收的使命量,是以缓冲电路普通须要与接收电路共同操纵。
  • 缓冲电路延缓了导通电流打击,可完成某种水平的软守旧(ZIS)。
  • 变压器漏感也可以或许或许也许也许也许充任缓冲电感。

 

 

 

LD缓冲

 

 

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特色:

  • 可不须要接收电路共同。
  • 缓冲释能二极管与拓扑续流二极管电流应力相称乃至更大。
  • 缓冲释能二极管的耗损可以或许或许也许也许也许简略懂得为开关管削减的耗损。
  • 得当的缓冲电感(L3)参数可以或许或许也许也许也许大幅度削减开关管耗损,完成高效力。

 

 

 

LR缓冲

 

 

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特色:

  • 须要接收电路共同以转移电感残剩能量。
  • 缓冲释能电阻R的耗损较大,可简略懂得为是从开关管转移出来的耗损。
  • R、L参数必须完成最好共同,参数设想调试比拟难以把握。
  • 只需参数得当依然可以或许或许也许也许也许完成高效力。

 

 

 

饱和电感缓冲

 

 

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  • 饱和电感的电气机能表现为对di/dt敏感。
  • 在一个打击电流的回升沿,起头显现较大的阻抗,跟着电流的下降逐步进入饱和,从而延和缓减弱了打击电流尖峰,即完成软守旧。
  • 在电流到达必然水平后,饱和电感因为饱和而显现很低的阻抗,这有益于高效力地传输功率。
  • 在电流关断时,电感逐步加入饱和状况,一方面,因为之前的饱和状况的饱和电感量很是小,即储能和须要的释能较小。另外一方面,加入时电感量的规复可以或许或许也许也许也许减缓电压的回升速率,有益于完成软关断。
  • 以Ls2为例,5u表现磁路截面积5mm2,大抵相称于1颗PC40材质4*4*2的小磁芯。

 

饱和电感特征:

  • 热特征

饱和电感是功率器件,经由进程进入和加入饱和进程的磁滞耗损(而不是涡流耗损或铜损)接收电流尖峰能量,首要热功率来自于磁芯。这一方面请求磁芯应当是高频资料,另外一方面请求磁芯温度在任何环境下不得跨越居里温度。这象征着饱和电感的磁芯应当具备最有益的散热特征和布局,即:更高的居里温度、更高的导热系数、更大的散热面积、更短的热传导途径。

 

  • 饱和特征

较着饱和电感普通不用斟酌操纵气隙或不易饱和的低导磁率资料。

 

  • 初始电感等效特征

在其余前提不异环境下,较低导磁率的磁芯共同较多匝数、与较高导磁率的磁芯共同较少匝数的饱和电感初始电感相称,缓冲结果大抵相称。这象征着间接接纳1 匝的穿心电感老是可以或许或许也许也许的,因为任何多匝的电感总可以或许或许也许也许也许找到更高导磁率的磁芯共同1 匝等效之。这还象征着磁芯最高导磁率遭到限定,若是一个合适的磁芯共同1 匝的饱和电感,将不操纵更高导磁率的磁芯共同更少匝数的可以或许或许也许也许。

 

  • 磁芯体积等效特征

在其余前提不异环境下,不异体积的磁芯的饱和电感缓冲结果大抵相称。既然如斯,磁芯可以或许或许也许也许也许根据最有益于散热的磁路停止设想。比方颀长的管状磁芯比环状磁芯、多个小磁芯比集合一个大磁芯、穿心电感比多匝电感较着具备更大的散热外表积。

 

  • 组合特征

偶然候,单一材质的磁芯并不能到达工程上须要的缓冲结果,接纳多种材质的磁芯彼此共同也许能力可以或许或许也许也许也许知足工程须要。

 

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无源无损缓冲接收

 

 

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  • 若是缓冲电感自身是无损的(非饱和电感),而其电感储能又是颠末无损接收的体例处置的,即组成无源无损缓冲接收电路,现实上这也是无源软开关电路。
  • 缓冲电感的存在提早和减弱的守旧打击电流,完成了必然水平的软守旧。
  • 无损接收电路的存在提早和降落了关断电压的dv/dt,完成了必然水平的软关断。
  • 完成无源软开关的前提与无损接收大抵不异。并不是一切拓扑都可以或许或许也许也许也许搭建出一个无源软开关电路。是以除典范的电路外,良多无源软开关电路都是被专利的热点。
  • 无源无损软开关电路效力较着高于其余缓冲接收体例,与有源软开关电路效力相差无几。是以只需可以或许或许也许也许也许完成无源软开关的电路,可不用接纳有源软开关。

 

 

 

接收缓冲电路机能对

 

 

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滤波缓

 

 

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  • 电路中的电解电容普通具备较大的ESR(典范值是百毫欧姆数目级),这引发两方面题目:一是滤波结果大打扣头;二是纹波电流在ESR上发生较大耗损,这不只降落效力,并且因为电解电容发烧间接致使的靠得住性和寿命题目。
  • 普通体例是在电解电容上并联高频无损电容,而现实上,这一体例并不能使上述题目取得底子的转变,这是因为高频无损电容在开关电源经常使用频次规模内依然存在较大的阻抗的缘由。
  • 提出的体例是:用电感将电解和CBB分隔,CBB位于高频纹波电流侧,电解位于直流(工频)侧,各自承当对应的滤波使命。
  • 设想准绳:Π形滤波收集的谐振频次Fn应当错开PWM频次Fp。可取Fp=(1.5~2)Fn 。
  • 这一设想思惟可以或许或许也许也许也许延长到直流母线滤波的双向缓冲,或其余有较大滤波应力的电路布局。

 

 

 

振铃

 

 

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振铃的风险:

  • MEI测试在振铃频次轻易超标。
  • 振铃将引发振铃回路的耗损,构成器件发烧和降落效力。
  • 振铃电压幅度跨越临界值将引发振铃电流,破环电路一般工况,效力大幅度降落。

 

振铃的成因:

  • 振铃多数是由结电容和某个等效电感的谐振发生的。对一个特定频次的振铃,总可以或许或许也许也许也许找到缘由。电容和电感可以或许或许也许也许也许肯定一个频次,而频次可以或许或许也许也许也许察看取得。电容多数是某个器件的结电容,电感则可以或许或许也许也许是漏感。
  • 振铃最轻易在无损(无电阻的)回路发生。比方:副边二极管结电容与副边漏感的谐振、杂散电感与器件结电容的谐振、接收回路电感与器件结电容的谐振等等。

 

振铃的按捺:

  • 磁珠接收,只需磁珠在振铃频次表现为电阻,便可大幅度接收振铃能量,可是不得当的磁珠也可以或许或许也许也许增添振铃。
  • RC 接收,此中C可与振铃(结)电容大抵相称,R 按RC接收准绳拔取。
  • 转变谐振频次,比方:只需将振铃频次降落到PWM频次附近,便可消弭PWM上的振铃。
  • 出格地,输入输入滤波回路设想不妥也可以或许或许也许也许发生谐振,也须要调剂谐振频次或其余方法予以躲避。

 

 

 

接收缓冲能量再操纵

 

 

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RCD接收能量收受接管电路:

只需将接收电路的正程和逆程回路分隔,组成绝对0 电位的正负电畅通道,就可以或许或许也许也许也许取得正负电压输入。其设想要点为:RCD接收电路参数应首要知足主电路接收须要,不倡议接纳增添接收功率的体例增添直流输入功率。

 

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