開關(guān)電源電磁兼容及RC吸收回路設(shè)計

開關(guān)管開通和關(guān)斷理論上都是瞬間完成的，但實(shí)際情況開關(guān)管關(guān)斷時刻下降的電流和上升的電壓有重疊時間，所以會有較大的關(guān)斷損耗。為了使IGBT關(guān)斷過程電壓能夠得到有效的抑制并減小關(guān)斷損耗，通常都需要給IGBT主電路設(shè)置關(guān)斷緩沖電路。通常情況下,在設(shè)計關(guān)于IGBT的緩沖電路時要綜合考慮從IGBT應(yīng)用的主電路結(jié)構(gòu)、器件容量以及要滿足主電路各種技術(shù)指標(biāo)所要求的IGBT開通特性、關(guān)斷特性等因素。

選用RCD緩沖電路，結(jié)構(gòu)如圖4-5所示。

對緩沖電路的要求：盡量減小主電路的電感；電容應(yīng)采用低感吸收電容；二極管應(yīng)選用快開通和快速恢復(fù)二極管，以免產(chǎn)生開通過電壓和反向恢復(fù)引起較大的振蕩過電壓。

3）緩沖二極管的選擇

選用快速恢復(fù)二極管ERA34-10，參數(shù)為0.1A/1000V/0.15us。

繼電器RC加吸收單元起到什么作用？

接觸器和繼電器在斷電時，線圈釋放瞬間會產(chǎn)生一個浪涌脈沖，這個浪涌電壓對某些敏感電子裝置會有干擾，造成電子裝置誤動作或故障，因此在接觸器和繼電器線圈并聯(lián)一個阻容吸收器來吸收這個脈沖。

一般安裝吸收單元的接觸器或繼電器都是因?yàn)樵谒耐浑娐分写嬖诿舾须娮与娐?，這些電路對浪涌脈沖比較敏感，所以這類電路中的接觸器或繼電器才加裝吸收單元，吸收繼電器線圈釋放產(chǎn)生的脈沖和浪涌，避免電子電路的故障或誤動作.

RC吸收回路的作用，一是為了對感性器件在電流瞬變時的自感電動勢進(jìn)行鉗位，二是抑制電路中因dV/dt對器件所引起的沖擊，在感性負(fù)載中，開關(guān)器件關(guān)斷的瞬間，如果此時感性負(fù)載的磁通不為零，根據(jù)愣次定律便會產(chǎn)生一個自感電動勢，對外界辭放磁場儲能，為簡單起見，一般都采用RC吸收回路，將這部份能量以熱能的方式消耗掉。

設(shè)計RC吸收回路參數(shù)，需要先確定磁場儲能的大小，這分幾種情況：

1、電機(jī)、繼電器等，它的勵磁電感與主回路串聯(lián)，磁場儲能需要全部由RC回路處理，開關(guān)器件關(guān)斷的瞬間，RC回路的初始電流等于關(guān)斷前的工作電流；

2、工頻變壓器、正激變壓器，它的勵磁電感與主回路并聯(lián)，勵磁電流遠(yuǎn)小于工作電流。雖然磁場儲能也需要全部由RC回路處理，但是開關(guān)器件關(guān)斷的瞬間，RC回路的初始電流遠(yuǎn)小于關(guān)斷前的工作電流。

3、反激變壓器，磁場儲能由兩部份辭放，其中大部份是通過互感向二次側(cè)提供能量，只有漏感部份要通過RC回路處理，

以上三種情況，需要測量勵磁電感，互感及漏感值，再求得RC回路的初始電流值。

R的取值，以開關(guān)所能承受的瞬時反壓，比初始電流值；此值過小則動態(tài)功耗過大，此值過大則達(dá)不到保護(hù)開關(guān)的作用；

RC吸收回路設(shè)計基礎(chǔ)

RC吸收回路的作用，一是為了對感性器件在電流瞬變時的自感電動勢進(jìn)行鉗位，二是抑制電路中因dV/dt對器件所引起的沖擊，在感性負(fù)載中，開關(guān)器件關(guān)斷的瞬間，如果此時感性負(fù)載的磁通不為零，根據(jù)愣次定律便會產(chǎn)生一個自感電動勢，對外界辭放磁場儲能，為簡單起見，一般都采用RC吸收回路，將這部份能量以熱能的方式消耗掉。

設(shè)計RC吸收回路參數(shù)，需要先確定磁場儲能的大小，這分幾種情況：

1、電機(jī)、繼電器等，它的勵磁電感與主回路串聯(lián)，磁場儲能需要全部由RC回路處理，開關(guān)器件關(guān)斷的瞬間，RC回路的初始電流等于關(guān)斷前的工作電流；2、工頻變壓器、正激變壓器，它的勵磁電感與主回路并聯(lián)，勵磁電流遠(yuǎn)小于工作電流。雖然磁場儲能也需要全部由RC回路處理，但是開關(guān)器件關(guān)斷的瞬間，RC回路的初始電流遠(yuǎn)小于關(guān)斷前的工作電流。3、反激變壓器，磁場儲能由兩部份辭放，其中大部份是通過互感向二次側(cè)提供能量，只有漏感部份要通過RC回路處理，

以上三種情況，需要測量勵磁電感，互感及漏感值，再求得RC回路的初始電流值。

R的取值，以開關(guān)所能承受的瞬時反壓，比初始電流值；此值過小則動態(tài)功耗過大，引值過大則達(dá)不到保護(hù)開關(guān)的作用；

C的取值，則需要滿足在鉗位電平下能夠儲存磁能的一半，且滿足一定的dV/dt

開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(EMC設(shè)計)-減小干擾源干擾能量的緩沖電路

在開關(guān)控制電源的輸入部分加入緩沖電路（如圖示），其由線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)組成，用于消除電力線干擾、電快速瞬變、電涌、電壓高低變化和電力線諧波等潛在的干擾。緩沖電路器件參數(shù)為D1為MUR460，R1=500Ω，C=6nF，L=36mH，R=150Ω。

RCD吸收電路的設(shè)計

對于一位開關(guān)電源工程師來說，在一對或多對相互對立的條件面前做出選擇，那是常有的事。而我們今天討論的這個話題就是一對相互對立的條件。（即要限制主MOS管最大反峰，又要RCD吸收回路功耗最?。?/span>在討論前我們先做幾個假設(shè)，① 開關(guān)電源的工作頻率范圍:20~200KHZ；② RCD中的二極管正向?qū)〞r間很短（一般為幾十納秒）；③ 在調(diào)整RCD回路前主變壓器和MOS管，輸出線路的參數(shù)已經(jīng)完全確定。有了以上幾個假設(shè)我們就可以先進(jìn)行計算：一﹑首先對MOS管的VD進(jìn)行分段：ⅰ，輸入的直流電壓VDC；ⅱ，次級反射初級的VOR；ⅲ，主MOS管VD余量VDS；ⅳ，RCD吸收有效電壓VRCD1。二﹑對于以上主MOS管VD的幾部分進(jìn)行計算：ⅰ，輸入的直流電壓VDC。在計算VDC時，是依最高輸入電壓值為準(zhǔn)。如寬電壓應(yīng)選擇AC265V，即DC375V。VDC＝VAC *√2ⅱ，次級反射初級的VOR。VOR是依在次級輸出最高電壓,整流二極管壓降最大時計算的，如輸出電壓為：5.0V±5%（依Vo =5.25V計算），二極管VF為0.525V（此值是在1N5822的資料中查找額定電流下VF值）．VOR＝(VF+Vo)*Np/Nsⅲ，主MOS管VD的余量VDS．VDS是依MOS管VD的10%為最小值．如KA05H0165R的VD=650應(yīng)選擇DC65V．VDC＝VD* 10%ⅳ，RCD吸收VRCD．MOS管的VD減去ⅰ，ⅲ三項(xiàng)就剩下VRCD的最大值。實(shí)際選取的VRCD應(yīng)為最大值的90%（這里主要是考慮到開關(guān)電源各個元件的分散性，溫度漂移和時間飄移等因素得影響）。VRCD＝(VD-VDC -VDS)*90%注意：①VRCD是計算出理論值，再通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，使得實(shí)際值與理論值相吻合．②VRCD必須大于VOR的1.3倍．（如果小于1.3倍，則主MOS管的VD值選擇就太低了）③MOS管VD應(yīng)當(dāng)小于VDC的2倍．（如果大于2倍，則主MOS管的VD值就過大了）④如果VRCD的實(shí)測值小于VOR的1.2倍，那么RCD吸收回路就影響電源效率。⑤VRCD是由VRCD1和VOR組成的ⅴ，RC時間常數(shù)τ確定．τ是依開關(guān)電源工作頻率而定的，一般選擇10~20個開關(guān)電源周期。三﹑試驗(yàn)調(diào)整VRCD值首先假設(shè)一個RC參數(shù)，R=100K/RJ15, C=10nF/1KV。再上市電，應(yīng)遵循先低壓后高壓，再由輕載到重載的原則。在試驗(yàn)時應(yīng)當(dāng)嚴(yán)密注視RC元件上的電壓值，務(wù)必使VRCD小于計算值。如發(fā)現(xiàn)到達(dá)計算值，就應(yīng)當(dāng)立即斷電，待將R值減小后，重復(fù)以上試驗(yàn)。（RC元件上的電壓值是用示波器觀察的，示波器的地接到輸入電解電容“＋”極的RC一點(diǎn)上，測試點(diǎn)接到RC另一點(diǎn)上）一個合適的RC值應(yīng)當(dāng)在最高輸入電壓，最重的電源負(fù)載下，VRCD的試驗(yàn)值等于理論計算值。四﹑試驗(yàn)中值得注意的現(xiàn)象輸入電網(wǎng)電壓越低VRCD就越高，負(fù)載越重VRCD也越高。那么在最低輸入電壓，重負(fù)載時VRCD的試驗(yàn)值如果大于以上理論計算的VRCD值，是否和（三）的內(nèi)容相矛盾哪？一點(diǎn)都不矛盾，理論值是在最高輸入電壓時的計算結(jié)果，而現(xiàn)在是低輸入電壓。重負(fù)載是指開關(guān)電源可能達(dá)到的最大負(fù)載。主要是通過試驗(yàn)測得開關(guān)電源的極限功率。五﹑RCD吸收電路中R值的功率選擇R的功率選擇是依實(shí)測VRCD的最大值，計算而得。實(shí)際選擇的功率應(yīng)大于計算功率的兩倍。編后語：RCD吸收電路中的R值如果過小，就會降低開關(guān)電源的效率。然而，如果R值如果過大，MOS管就存在著被擊穿的危險。

RCD吸收電路的設(shè)計

在討論前我們先做幾個假設(shè)，① 開關(guān)電源的工作頻率范圍:20~200KHZ；② RCD中的二極管正向?qū)〞r間很短（一般為幾十納秒）；③ 在調(diào)整RCD回路前主變壓器和MOS管，輸出線路的參數(shù)已經(jīng)完全確定。有了以上幾個假設(shè)我們就可以先進(jìn)行計算：一﹑首先對MOS管的VD進(jìn)行分段：ⅰ，輸入的直流電壓VDC；ⅱ，次級反射初級的VOR；ⅲ，主MOS管VD余量VDS；ⅳ，RCD吸收有效電壓VRCD1。二﹑對于以上主MOS管VD的幾部分進(jìn)行計算：ⅰ，輸入的直流電壓VDC。在計算VDC時，是依最高輸入電壓值為準(zhǔn)。如寬電壓應(yīng)選擇AC265V，即DC375V。VDC＝VAC *√2ⅱ，次級反射初級的VOR。VOR是依在次級輸出最高電壓,整流二極管壓降最大時計算的，如輸出電壓為：5.0V±5%（依Vo =5.25V計算），二極管VF為0.525V（此值是在1N5822的資料中查找額定電流下VF值）．VOR＝(VF+Vo)*Np/Nsⅲ，主MOS管VD的余量VDS．VDS是依MOS管VD的10%為最小值．如KA05H0165R的VD=650應(yīng)選擇DC65V．VDC＝VD* 10%ⅳ，RCD吸收VRCD．MOS管的VD減去ⅰ，ⅲ三項(xiàng)就剩下VRCD的最大值。實(shí)際選取的VRCD應(yīng)為最大值的90%（這里主要是考慮到開關(guān)電源各個元件的分散性，溫度漂移和時間飄移等因素得影響）。VRCD＝(VD-VDC -VDS)*90%注意：①VRCD是計算出理論值，再通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，使得實(shí)際值與理論值相吻合．②VRCD必須大于VOR的1.3倍．（如果小于1.3倍，則主MOS管的VD值選擇就太低了）③MOS管VD應(yīng)當(dāng)小于VDC的2倍．（如果大于2倍，則主MOS管的VD值就過大了）④如果VRCD的實(shí)測值小于VOR的1.2倍，那么RCD吸收回路就影響電源效率。⑤VRCD是由VRCD1和VOR組成的ⅴ，RC時間常數(shù)τ確定．τ是依開關(guān)電源工作頻率而定的，一般選擇10~20個開關(guān)電源周期。三﹑試驗(yàn)調(diào)整VRCD值首先假設(shè)一個RC參數(shù)，R=100K/RJ15, C="10nF/1KV"。再上市電，應(yīng)遵循先低壓后高壓，再由輕載到重載的原則。在試驗(yàn)時應(yīng)當(dāng)嚴(yán)密注視RC元件上的電壓值，務(wù)必使VRCD小于計算值。如發(fā)現(xiàn)到達(dá)計算值，就應(yīng)當(dāng)立即斷電，待將R值減小后，重復(fù)以上試驗(yàn)。（RC元件上的電壓值是用示波器觀察的，示波器的地接到輸入電解電容“＋”極的RC一點(diǎn)上，測試點(diǎn)接到RC另一點(diǎn)上）一個合適的RC值應(yīng)當(dāng)在最高輸入電壓，最重的電源負(fù)載下，VRCD的試驗(yàn)值等于理論計算值。四﹑試驗(yàn)中值得注意的現(xiàn)象輸入電網(wǎng)電壓越低VRCD就越高，負(fù)載越重VRCD也越高。那么在最低輸入電壓，重負(fù)載時VRCD的試驗(yàn)值如果大于以上理論計算的VRCD值，是否和（三）的內(nèi)容相矛盾哪？一點(diǎn)都不矛盾，理論值是在最高輸入電壓時的計算結(jié)果，而現(xiàn)在是低輸入電壓。重負(fù)載是指開關(guān)電源可能達(dá)到的最大負(fù)載。主要是通過試驗(yàn)測得開關(guān)電源的極限功率。五﹑RCD吸收電路中R值的功率選擇R的功率選擇是依實(shí)測VRCD的最大值，計算而得。實(shí)際選擇的功率應(yīng)大于計算功率的兩倍。