1、关于开关管 RC 吸收回路等效电路：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 4-Sep-2007 Sheet of File: E:workTEMP仿仿仿仿仿仿.Ddb Drawn By:CdCCossDL LR RVin VoCQVin VoL：变压器漏感及元器件引线电感等杂散电感之和。R、 C：吸收电阻电容。D、Cd ：整流二极管，Cd 为 D 的结电容。Q、Coss：开关 MOSFET，Coss 为 MOSFET 的结电容。开关管由导通到截止时由于漏感 L 的存在，要通过 R、C 将其能量吸收掉，否则会产生一个尖峰电
2、压影响到元件的可靠性以及造成 EMI 问题。整流二极管截止时还有个反向恢复电流的问题，但是把反向恢复电流最大时当作分析的起使点，那在实际分析时过程还是一样的，只是初始状态不同。考虑整流二极管这个回路， 设流过 L 上的电流为 I1(t)：流过结电容Cd的电流为 :=IdC2t()I1流过吸收电容C的电流为 :Ic()dL2t()I根据 Cd 两端电压等于 R、C 两端电压得到微积分方程：()I1tCdL2t()I1Rd()I1tCdL2t()I1tLt()I10由于含有积分，方程求解不便，将其求导，得到 3 阶微分方程： t()I1CdL3t()I1R()ItCd2t()I1L2t()I10由
3、于 Cd 很小，可以将其忽略以简化分析，得到简化后的微分方程： Rt()I1t2t()I10考虑初始状态 I1（0）=Io，I1（0）=(Vin-Vo)/L，其中 Io 为开关管关闭时电流的最大值，应用拉普拉斯变换得到变换后的方程： :=G()RIoLSVinoCC12这是个2阶系统，应当让其工作在过阻尼状态防止振荡，因此要保证极点有2个相异实根，得到 R。应用拉普拉斯逆变换可以得到电流 I1(t)的解：()I1t2 )RCIo24LCIo2(Vinoe /12()RC24LCtR4L( )I2I(ie /12()RC24LCt2电感 L 上的电压：V14( )RCIo24LCIo2(Vino
4、()RC24L :=e /12()RC24LCtR24LC()1(IoIoVino()R24LCe /12)RC24LCt24()二极管 D 上的电压：VdinL14( )RCIo24LCIo2(Vino :=()2e /1()RtR2C4L()1)Io4LIo2(inoe /12()RC2CtR4LV假定 L=0.1uH，C=220pF，Vo=12V，Vin= -60V（此时 MOSFET ON，变压器次级电压反向，Vin 由 12V 跳变为-60V ） ，R=2*sqrt（L/C ）=42.6ohm 。DCM 状态下 Io=0，考虑不同的 R 值对波形的影响：电流 I1(t)波形 电感 L
5、 上的电压波形二极管 D 电压波形 吸收电容 C 电压波形可以看到阻值越小，电压电流的波形振荡越多，峰值越高，越容易对回路产生不利影响，因此要保证工作在过阻尼状态，电阻 R 不能取小。考虑 R=47ohm 时不同电容 C 对波形的影响：电流 I1(t)波形 电感 L 上的电压波形二极管 D 电压波形 吸收电容 C 电压波形可以看到电容 C 越大，电压电流变化率会减小，并且电压的过冲会减小，这样对 EMI 会有好处，但是峰值电流会变大。考虑此时电阻 R 上的功率消耗，假定回路工作频率 50KHz：可以看到正常情况下吸收电阻消耗的功率与 R 值大小无关，只与 C 及 C两端的电压有关，因此可以看到
6、改善 EMI 是以增加消耗功率为代价的，会降低回路的总体效率，因此 C 也不能取太大，此时 P=1/2*C*(Vin-Vo)2*f 。需要看到此时吸收回路吸收的不是漏感 L 上的能量，而是电压跳变在电容C 上产生的能量。考虑在 CCM 状态下，设 Io=1A 和 2AC=220pF 时不同 R 值对波形的影响：1A 时电流 I1(t)波形2A 时电流 I1(t)波形1A 时电感 L 上的电压波形 2A 时电感 L 上的电压波形1A 时二极管 D 电压波形 2A 时二极管 D 电压波形1A 时吸收电容 C 电压波形 2A 时吸收电容 C 电压波形R=47ohm 时不同 C 值对波形的影响：1A
7、时电流 I1(t)波形2A 时电流I1(t)波形1A 时电感 L 上的电压波形2A 时电感 L 上的电压波形1A 时二极管 D 电压波形 2A 时二极管 D 电压波形1A 时吸收电容 C 电压波形 2A 时吸收电容 C 电压波形可以看到当截止电流比较大时，电阻越大电流下降越慢，吸收电容上初始电压就会越高，对电容耐压要求就会越高，此时电感 L 及二极管 D 两端电压变化也会更快，对回路产生不利影响的可能性会更大，因此吸收电阻 R 取值也不能太大。吸收电容上有初始电压是因为考虑二极管关断时两端电压不能突变，电感L 电流也不能突变，从而电流经吸收电阻在吸收电容上产生了初始电压。吸收电容的增大可以减小
8、电压电流的变化率。考虑此时吸收电阻 R 消耗的功率：1A 时吸收电阻消耗的功率 2A 时吸收电阻消耗的功率可以看到吸收功率始终随吸收电容 C 值的增大而增大，但是不同的截止电流随吸收电阻 R 值的变化会有不同的变化。因此可以根据 EMI 的情况选取合适的 C 值，然后由此 C 值确定 R 值。可以考虑一种确定 R、C 值的方法，在最大截止电流的情况下确定吸收电容 C 上的起始电压，这时可以计算出 R 值，这个 R 值是最大值，然后再由R 值计算出 C 值，这时的 C 值是吸收电容的最小值。考虑结二极管电容 Cd 的影响，设 Cd=15pF：DCM 状态：Io=0，电感 L 电流 IL结电容 C
9、d 电流 Id吸收电容 C 电流 Ic电感 L 电压结电容 Cd 电压吸收电容 C 电压以上是不同的吸收电阻 R，考虑不同的吸收电容 C：电感 L 电流 IL结电容 Cd 电流 Id吸收电容 C 电流 Ic电感 L电压结电容 Cd 电压吸收电容 C 电压可以看到如果吸收电阻 R 偏大，流过结电容的电流也会增加，并且震荡也比较厉害，对二极管 D 会有不利影响，起不到保护二极管的作用。吸收电容 C 的加大可以减小电压电流的变化率。考虑 CCM 状态，Io 分别为 1A、2A：C=220pF，不同 R 的影响：1A 时电感 L 的电流2A 时电感 L 的电流1A 时结电容 Cd 的电流 2A 时结电
10、容 Cd 的电流1A 时吸收电容 C 的电流2A 时吸收电容 C 的电流1A 时电感 L 的电压2A 时电感 L 的电压1A 时二极管 D 的电压 2A 时二极管 D 的电压1A 时吸收电容 C 的电压 2A 时吸收电容 C 的电压R=47ohm 时不同 C 的影响：1A 时电感 L 的电流2A 时电感 L 的电流1A 时结电容 Cd 的电流2A 时结电容 Cd 的电流1A 时吸收电容 C 的电流2A 时吸收电容 C 的电流1A 时电感 L 的电压2A 时电感 L 的电压1A 时二极管 D 的电压 2A 时二极管 D 的电压1A 时吸收电容 C 的电压 2A 时吸收电容 C 的电压可以看到截止电流越大，在二极管两端产生的尖峰电压越高，吸收电容越大，电压电流变化率越小，吸收电阻越大，电压尖峰越高。以上的曲线是在初始状态 I（0）=Io，I（0）=（Vin-Vo）/L，I（0）= -Io/Cd/L 的条件下求得的，不同得初始条件会得到不同得曲线。由于该初始条件并不一定正确，因此得到的曲线可能与实际观察到的波形会有较大差异，但是其变化趋势是可以参考的。
