在各种类型的开关电源中,经常可以看到有C、R或C、R、D组成的尖峰电压吸收电路,它们一般布置在开关管和开关变压器之间的位置,
如图1
图1
下面就说一下尖峰电压产生的原因和吸收电路的原理。如图2,是比较常见的反激开关电源电路中的变压附近布置的元电路,,那么这些元件都是作用呢?
我们知道,在开关电源主元件,比如变压器,MOS管,电感等,这些大都有寄生电感与电容,由于这些寄生电容与电感的作用,开关元件在通断工作时,往往会产生较大的电压浪涌与电流浪涌。而抑制开关接通时电流浪涌的最有效方法是采用零电压开关电路。另一方面, 开关断开的电压 浪涌与二极管反向恢复的电压浪涌可能会损坏半导体元件,同时也是产生噪声的原因。
下面通过分析一个典型的电路,看一下尖峰电压产生的过程及其危害,如图2
图2
图2是反激开关电源吸收电路部分的典型电路。在反激开关电源的一、二次绕组极性相反,开关管导通时,如图3是开关管导通时
图3
这个时间段是一次绕组产生1正、2负的感应电压,二次绕组中产生4正、3负的感应电压,二次回来中的二极管因承受反压而截止,这样励磁电流产生的能量储存在线圈中。图4是开关管截止时
图4
开关管截止时,电感线圈电流不能突变的特性使一次线绕组产生2正、1负的感应电压,以阻碍电流的减小。这个感应电压与电容C1电压叠加后加在开关管漏极,易使开关管因过压而击穿。图5
图5是简化吸收电路,从简化的电路图中就能很容易看出电压的叠加原理。C1主滤波电容电压,MOS管上面的U-和U+是感应电压。图6
如图6,在感应电压的上端为负,与主滤波电容的正极相连,两者串联相加后叠加在开关管的漏极和源极之间。使开关管承受的电压超过电源电压的两倍以上。图7
图8
图9
在开关电源电路中,为了防止调整管的损坏。对于反激式或正激式变换器来说,亦可用有源钳位电路进行尖峰吸收。一般为保护开关管,要在开关管漏极电路中设置尖峰电压吸收电路,如图7,这里的电压R2、快恢复二极管D6、高压电容C6就组成了尖峰吸收电路。原理是这样的:如图8,在开关管截止时,1、2绕组的2端为正,二极管D6导通,绕组的感应电压通过D6给电容C6充电,同时通过电阻R2放电,起到削峰作用,也就是尖峰电压吸收作用。
如图9,在当开关管导通时,1、2绕组的1端为正,2端为负,二极管D6的截止,电容C6通过R6放电,为下一次充电吸收肖尖峰电压作好准备。
从上面的分析来看,尖峰电压在电容C6的充放电过程被消耗在电阻及电容的内阻上了。
还有一种说法是回馈到了电源,这种说法是有争议的,因为开关管截止时,电容器C6没想电源回馈电能的通路。
要提高开关频率,同时 提高开关电源产品的质量,电压浪涌与电流浪涌问题必须重点考虑。因此,要解决好浪涌问题,还要结合设计的实际,分析浪涌产生的机理,结合实际来设计浪涌吸收电路,以使开关电源的浪涌干扰降到最低点。
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