开关电源中 RC 缓冲电路的设计中心议题：RC缓冲电路设计带RC缓冲的正激变换器主电路设计解决方案：电容C限制了集电极电压的上升速度电容C的大小不仅影响集电极电压的上升速度，而且决定了电阻R上的能量损耗在带变压器的开关电源拓扑中，开关管关断时，电压和电流的重叠引起的损耗是开关电 源损耗的主要部分，同时，由于电路中存在杂散电感和杂散电容，在功率开关管关断时，电 路中也会出现过电压并且产生振荡如果尖峰电压过高，就会损坏开关管同时，振荡的存 在也会使输出纹波增大为了降低关断损耗和尖峰电压，需要在开关管两端并联缓冲电路以 改善电路的性能缓冲电路的主要作用有：一是减少导通或关断损耗；二是降低电压或电流尖峰；三是降 低 dV ／ dt 或 dI ／ dt 由于 MOSFET 管的电流下降速度很快，所以它的关断损耗很小虽 然 MOSFET 管依然使用关断缓冲电路，但它的作用不是减少关断损耗，而是降低变压器漏 感尖峰电压本文主要针对MOSFET管的关断缓冲电路来进行讨论1RC缓冲电路设计在设计 RC 缓冲电路时，必须熟悉主电路所采用的拓扑结构情况图 l 所示是由 RC 组 成的正激变换器的缓冲电路图中，当Q关断时，集电极电压开始上升到2Vdc，而电容C 限制了集电极电压的上升速度，同时减小了上升电压和下降电流的重叠，从而减低了开关管 Q的损耗。
而在下次开关关断之前，C必须将已经充满的电压2Vdc放完，放电路径为C、 Q、R假设开关管没带缓冲电路，图1 所示的正激变换器的复位绕组和初级绕组匝数相同这 样，当 Q 关断瞬间，储存在励磁电感和漏感中的能量释放，初级绕组两端电压极性反向， 正激变换器的开关管集电极电压迅速上升到2Vdc同时，励磁电流经二极管D流向复位绕 组，最后减小到零，此时Q两端电压下降到Vde图2所示是开关管集电极电流和电压波 形可见，开关管不带缓冲电路时，在Q关断时，其两端的漏感电压尖峰很大，产生的关 断损耗也很大，严重时很可能会烧坏开关管，因此，必须给开关管加上缓冲电路T”亠漏感尖峰— — 0V图2 无緩冲器时的集电极电流和电压波形2VdcVcc(Q}当开关管带缓冲电路时，其集电极电压和电流波形如图 3 所示（以正激变换器为例 ）图3 有缓冲器时的开关管集电扱电压和电流波形在图1中，当Q开始关断时，其电流开始下降，而变压器漏感会阻止这个电流的减小 一部分电流将继续通过将要关断的开关管，另一部分则经RC缓冲电路并对电容C充电， 电阻 R 的大小与充电电流有关Ic的一部分流进电容C,可减缓集电极电压的上升通过选取足够大的C,可以减少集 电极的上升电压与下降电流的重叠部分，从而显著降低开关管的关断损耗，同时还可以抑制 集电极漏感尖峰电压。
图3中的A-C阶段为开关管关断阶段，C-D为开关管导通阶段在开关管关断前，电容 C两端电压为零在关断时刻（B时刻），C会减缓集电极电压的上升速度，但同时也被充电 到2Vdc（在忽略该时刻的漏感尖峰电压的情况下）电容C的大小不仅影响集电极电压的上升速度，而且决定了电阻R上的能量损耗在Q 关断瞬间，C上的电压为2Vdc，它储存的能量为0. 5C（2Vdc）2焦耳如果该能量全部消 耗在R上，则每周期内消耗在R上的能量为：p —C （2Vpc） 2飞亍—— （打对限制集电极上升电压来说，C应该越大越好；但从系统效率出发，C越大，损耗越大， 效率越低因此，必须选择合适的C,使其既能达到一定的减缓集电极上升电压速度的作用， 又不至于使系统损耗过大而使效率过低在图3中，由于在下一个关断开始时刻（D时刻）必须保证C两端没有电压，所以，在B 时刻到D时刻之间的某时间段内，C必须放电实际上，电容C在C-D这段时间内，也可 以通过电阻R经Q和R构成的放电回路进行放电因此，在选择了一个足够大的C后，R 应使C在最小导通时间ton内放电至所充电荷的5%以下，这样则有：式(1)表明R上的能量损耗是和C成正比的，因而必须选择合适的C,这样，如何选择C 就成了设计RC缓冲电路的关键，下面介绍一种比较实用的选择电容C的方法。
事实上，当Q开始关断时，假设最初的峰值电流Ip的一半流过C,另一半仍然流过逐 渐关断的Q集电极，同时假设变压器中的漏感保持总电流仍然为Ip那么，通过选择合适 的电容C，以使开关管集电极电压在时间tf内上升到2Vdc(其中tf为集电极电流从初始值下 降到零的时间，可以从开关管数据手册上查询)，则有：卜面专U (丁)曲专I:务南=~^ 2 £f=2^故可聲心纟盘Tit因此，从式⑴和式(3)便能计算出电容C的大小在确定了 C 后,而最小导通时间已知, 这样，通过式(2)就可以得到电阻R的大小2带RC缓冲的正激变换器主电路设计2．1电路设计图 4 所示是一个带有 RC 缓冲电路的正激变换器主电路该主电路参数为： Np=Nr=43 匝Ns=32匝，开关频率f=70kHz,输入电压范围为直流48〜96V,输出为直流12V和直流 0．5A图4 带RC缓冲电路的正激变换器主电路开关管Q为MOSFET,型号为IRF830，其tf 一般为30nsDI、D2、D3为快恢复二极管，其tf很小(通常tf=30ns)本设计的输出功率P0=V0l0=6W,假设变换器的效率为80%,每一路RC缓冲电路所损 耗的功率占输出功率的1 %。
这里取Vdc=48V2．2实验分析下面分两种情况对该设计进行实验分析，一是初级绕组有缓冲，次级无缓冲；二是初级 无缓冲，次级有缓冲1) 初级绕组有缓冲，次级无缓冲该实验测量的是开关管 Q 两端的漏源电压，实验分以下两种情况：第一种情况是RS1=1. 5kQ, CS1不定，输入直流电压Vdc为48V其实验结果为：在 RS1 不变的情况下， CSI 越大，虽然开关管 Q 的漏感尖峰电压无明 显降低，但它的漏源电压变得平缓了，这说明在初级开关管的RC缓冲电路中，CSl应该选 择比较小的值第二种情况是CSI=33pF, RS1不定，输入直流电压Vdc为48V其结果是：当CS1 不变时， RS1 越大，开关管 Q 的漏感尖峰电压越大(增幅比较小)可见， RC 缓冲电路中，参数 R 的大小对降低漏感尖峰有很大的影响在选定一个合适 的C,同时满足式(2)时，R应该选择比较小的值2) 次级绕组有缓冲，初级无缓冲本实验以D2、D3的阴极作为公共端来测量快恢复二极管的端压，其结果是，当R不变 时， C 越大，二极管两端的漏感尖峰越小同时理论上，如果 C 为无穷大时，二极管两端 的电压中就没有漏感尖峰而在实际中，只需让二极管两端电压的漏感尖峰电压在其端压峰 值的 30%以内就可以满足要求了，这样同时成本也不会太高。
2．3设计参数的确定通过实验分析可见，在次级快恢复二极管的 RC 缓冲电路中，当选择了适当大小的电容 C时，在满足式(2)的情况下，电阻R应该选择得越小越好最终经过实际调试，本设计选择的 RC 缓冲电路参数为：初级： RS1=200， CSl=100pF次级： RS2=RS3=5l， CS2=CS3=1000pF本设计的初级开关管的 RC 缓冲电路中的 C 值虽然选得稍微比计算值大一些，但损耗也 不是很大，因此还是可以接受的相对初级而言，次级快恢复二极管的 RC 缓冲电路中的 C 值就选得比计算值大得多，系统的损耗必然增大但是，并联在快恢复二极管两端的 RC 缓 冲电路主要是为了改善系统输出性能，因此选择比较大的 C 值虽然会使系统的整体效率降 低，但二极管两端的漏感尖峰就减小了很多，而且输出电压的纹波也可以达到指定要求根据以上给出的公式，可以很好而且很方便地选择出合适的 RC 缓冲电路但是在工程 应用中，应该根据系统设计的性能指标，通过实际调试才能得到真正合适的参数有时候， 为了达到系统的性能指标，牺牲一定的效率也是必要的总之，在设计 RC 缓冲电路参数时， 必须综合考虑系统性能和效率，最终选择合适的RC参数。