RC吸收电路.doc

缓冲电路(独立运行光伏发电系统功率控制研究内蒙古工业大学硕士论文)
开关管开通与关断理论上都就是瞬间完成得,但实际情况开关管关断时刻下降得电流与上升得电压有重叠时间,所以会有较大得关断损耗。为了使IGBT关断过程电压能够得到有效得抑制并减小关断损耗,通常都需要给IGBT主电路设置关断缓冲电路。通常情况下,在设计关于IGBT得缓冲电路时要综合考虑从IGBT应用得主电路结构、器件容量以及要满足主电路各种技术指标所要求得IGBT开通特性、关断特性等因素。
选用RCD缓冲电路,结构如图45所示。

对缓冲电路得要求:尽量减小主电路得电感;电容应采用低感吸收电容;二极管应选用快开通与快速恢复二极管,以免产生开通过电压与反向恢复引起较大得振荡过电压。
(1)缓冲电容得计算

(2)缓冲电阻得计算

(3)缓冲二极管得选择
选用快速恢复二极管ERA3410,参数为0、1A/1000V/0、15us。
继电器RC加吸收单元起到什么作用？
接触器与继电器在断电时,线圈释放瞬间会产生一个浪涌脉冲,这个浪涌电压对某些敏感电子装置会有干扰,造成电子装置误动作或故障,因此在接触器与继电器线圈并联一个阻容吸收器来吸收这个脉冲。
一般安装吸收单元得接触器或继电器都就是因为在她得同一电路中存在敏感电子电路,这些电路对浪涌脉冲比较敏感,所以这类电路中得接触器或继电器才加装吸收单元,吸收继电器线圈释放产生得脉冲与浪涌,避免电子电路得故障或误动作、
RC吸收回路得作用,一就是为了对感性器件在电流瞬变时得自感电动势进行钳位,二就是抑制电路中因dV/dt对器件所引起得冲击,在感性负载中,开关器件关断得瞬间,如果此时感性负载得磁通不为零,根据愣次定律便会产生一个自感电动势,对外界辞放磁场储能,为简单起见,一般都采用RC吸收回路,将这部份能量以热能得方式消耗掉。
设计RC吸收回路参数,需要先确定磁场储能得大小,这分几种情况:
1、电机、继电器等,它得励磁电感与主回路串联,磁场储能需要全部由RC回路处理,开关器件关断得瞬间,RC回路得初始电流等于关断前得工作电流;
2、工频变压器、正激变压器,它得励磁电感与主回路并联,励磁电流远小于工作电流。虽然磁场储能也需要全部由RC回路处理,但就是开关器件关断得瞬间,RC回路得初始电流远小于关断前得工作电流。
3、反激变压器,磁场储能由两部份辞放,其中大部份就是通过互感向二次侧提供能量,只有漏感部份要通过RC回路处理,
以上三种情况,需要测量励磁电感,互感及漏感值,再求得RC回路得初始电流值。
R得取值,以开关所能承受得瞬时反压,比初始电流值;此值过小则动态功耗过大,此值过大则达不到保护开关得作用;
RC吸收回路设计基础
RC吸收回路得作用,一就是为了对感性器件在电流瞬变时得自感电动势进行钳位,二就是抑制电路中因dV/dt对器件所引起得冲击,在感性负载中,开关器件关断得瞬间,如果此时感性负载得磁通不为零,根据愣次定律便会产生一个自感电动势,对外界辞放磁场储能,为简单起见,一般都采用RC吸收回路,将这部份能量以热能得方式消耗掉。
设计RC吸收回路参数,需要先确定磁场储能得大小,这分几种情况:
1、电机、继电器等,它得励磁电感与主回路串联,磁场储能需要全部由RC回路处理,开关器件关断得瞬间,RC回路得初始电流等于关断前得工作电流;
2、工频变压器、正激变压器,它得励磁电感与主回路并联,励磁电流远小于工作电流。虽然磁场储能也需要全部由RC回路处理,但就是开关器件关断得瞬间,RC回路得初始电流远小于关断前得工作电流。
3、反激变压器,磁场储能由两部份辞放,其中大部份就是通过互感向二次侧提供能量,只有漏感部份要通过RC回路处理,
以上三种情况,需要测量励磁电感,互感及漏感值,再求得RC回路得初始电流值。
R得取值,以开关所能承受得瞬时反压,比初始电流值;此值过小则动态功耗过大,引值过大则达不到保护开关得作用;
C得取值,则需要满足在钳位电平下能够储存磁能得一半,且满足一定得dV/dt
开关电源得电磁兼容性设计(EMC设计)减小干扰源干扰能量得缓冲电路
在开关控制电源得输入部分加入缓冲电路(如图示),其由线性阻抗稳定网络组成,用于消除电力线干扰、电快速瞬变、电涌、电压高低变化与电力线谐波等潜在得干扰。缓冲电路器件参数为D1为MUR460,R1=500Ω,C=6nF,L=36mH,R=150Ω。

RCD吸收电路得设计
对于一位开关电源工程师来说,在一对或多对相互对立得条件面前做出选择,那就是常有得事。而我们今天讨论得这个话题就就是一对相互对立得条件。(即要限制主MOS管最大反峰,又要RCD吸收回路功耗最小)
在讨论前我们先做几个假设,
①    开关电源得工作频率范围:20~200KHZ;
②    RCD中得二极管正向导通时间很短(一般为几十纳秒);
③    在调整RCD回路前主变压器与MOS管,输出线路得参数已经完全确定。
有了以上几个假设我们就可以先进行计算:
一﹑首先对MOS管得VD进行分段:
ⅰ,输入得直流电压VDC;
ⅱ,次级反射初级得VOR;
ⅲ,主MOS管VD余量VDS;
ⅳ,RCD吸收有效电压VRCD1。
二﹑对于以上主MOS管VD得几部分进行计算:
ⅰ,输入得直流电压VDC。
在计算VDC时,就是依最高输入电压值为准。如宽电压应选择AC265V,即DC375V。
　　　VDC＝VAC *√2
ⅱ,次级反射初级得VOR。
VOR就是依在次级输出最高电压,整流二极管压降最大时计算得,如输出电压为:5、0V±5%(依Vo =5、25V计算),二极管VF为0、525V(此值就是在1N5822得资料中查找额定电流下VF值).
VOR＝(VF　+Vo)*Np/Ns
ⅲ,主MOS管VD得余量VDS.
VDS就是依MOS管VD得10%为最小值.如KA05H0165R得VD=650应选择DC65V.
VDC＝VD* 10%
ⅳ,RCD吸收VRCD.
MOS管得VD减去ⅰ,ⅲ三项就剩下VRCD得最大值。实际选取得VRCD应为最大值得90%(这里主要就是考虑到开关电源各个元件得分散性,温度漂移与时间飘移等因素得影响)。
VRCD＝(VDVDC VDS)*90%
注意:① VRCD就是计算出理论值,再通过实验进行调整,使得实际值与理论值相吻合.
② VRCD必须大于VOR得1、3倍.(如果小于1、3倍,则主MOS管得VD值选择就太低了)
③ MOS管VD应当小于VDC得2倍.(如果大于2倍,则主MOS管得VD值就过大了)
④ 如果VRCD得实测值小于VOR得1、2倍,那么RCD吸收回路就影响电源效率。
⑤ VRCD就是由VRCD1与VOR组成得
ⅴ,RC时间常数τ确定.
τ就是依开关电源工作频率而定得,一般选择10~20个开关电源周期。
三﹑试验调整VRCD值
首先假设一个RC参数,R=100K/RJ15, C=10nF/1KV。再上市电,应遵循先低压后高压,再由轻载到重载得原则。在试验时应当严密注视RC元件上得电压值,务必使VRCD小于计算值。如发现到达计算值,就应当立即断电,待将R值减小后,重复以上试验。(RC元件上得电压值就是用示波器观察得,示波器得地接到输入电解电容“＋”极得RC一点上,测试点接到RC另一点上)
一个合适得RC值应当在最高输入电压,最重得电源负载下,VRCD得试验值等于理论计算值。
四﹑试验中值得注意得现象
输入电网电压越低VRCD就越高,负载越重VRCD也越高。那么在最低输入电压,重负载时VRCD得试验值如果大于以上理论计算得VRCD值,就是否与(三)得内容相矛盾哪？一点都不矛盾,理论值就是在最高输入电压时得计算结果,而现在就是低输入电压。
重负载就是指开关电源可能达到得最大负载。主要就是通过试验测得开关电源得极限功率。
五﹑RCD吸收电路中R值得功率选择
R得功率选择就是依实测VRCD得最大值,计算而得。实际选择得功率应大于计算功率得两倍。

编后语:
RCD吸收电路中得R值如果过小,就会降低开关电源得效率。然而,如果R值如果过大,MOS管就存在着被击穿得危险。
RCD吸收电路得设计
在讨论前我们先做几个假设,
①    开关电源得工作频率范围:20~200KHZ;
②    RCD中得二极管正向导通时间很短(一般为几十纳秒);
③    在调整RCD回路前主变压器与MOS管,输出线路得参数已经完全确定。
有了以上几个假设我们就可以先进行计算:
一﹑首先对MOS管得VD进行分段:
ⅰ,输入得直流电压VDC;
ⅱ,次级反射初级得VOR;
ⅲ,主MOS管VD余量VDS;
ⅳ,RCD吸收有效电压VRCD1。
二﹑对于以上主MOS管VD得几部分进行计算:
ⅰ,输入得直流电压VDC。
在计算VDC时,就是依最高输入电压值为准。如宽电压应选择AC265V,即DC375V。
　　　VDC＝VAC *√2
ⅱ,次级反射初级得VOR。
VOR就是依在次级输出最高电压,整流二极管压降最大时计算得,如输出电压为:5、0V±5%(依Vo =5、25V计算),二极管VF为0、525V(此值就是在1N5822得资料中查找额定电流下VF值).
VOR＝(VF　+Vo)*Np/Ns
ⅲ,主MOS管VD得余量VDS.
VDS就是依MOS管VD得10%为最小值.如KA05H0165R得VD=650应选择DC65V.
VDC＝VD* 10%
ⅳ,RCD吸收VRCD.
MOS管得VD减去ⅰ,ⅲ三项就剩下VRCD得最大值。实际选取得VRCD应为最大值得90%(这里主要就是考虑到开关电源各个元件得分散性,温度漂移与时间飘移等因素得影响)。
VRCD＝(VDVDC VDS)*90%
注意:① VRCD就是计算出理论值,再通过实验进行调整,使得实际值与理论值相吻合.
② VRCD必须大于VOR得1、3倍.(如果小于1、3倍,则主MOS管得VD值选择就太低了)
③ MOS管VD应当小于VDC得2倍.(如果大于2倍,则主MOS管得VD值就过大了)
④ 如果VRCD得实测值小于VOR得1、2倍,那么RCD吸收回路就影响电源效率。
⑤ VRCD就是由VRCD1与VOR组成得
ⅴ,RC时间常数τ确定.
τ就是依开关电源工作频率而定得,一般选择10~20个开关电源周期。
三﹑试验调整VRCD值
首先假设一个RC参数,R=100K/RJ15, C="10nF/1KV"。再上市电,应遵循先低压后高压,再由轻载到重载得原则。在试验时应当严密注视RC元件上得电压值,务必使VRCD小于计算值。如发现到达计算值,就应当立即断电,待将R值减小后,重复以上试验。(RC元件上得电压值就是用示波器观察得,示波器得地接到输入电解电容“＋”极得RC一点上,测试点接到RC另一点上)
一个合适得RC值应当在最高输入电压,最重得电源负载下,VRCD得试验值等于理论计算值。
四﹑试验中值得注意得现象
输入电网电压越低VRCD就越高,负载越重VRCD也越高。那么在最低输入电压,重负载时VRCD得试验值如果大于以上理论计算得VRCD值,就是否与(三)得内容相矛盾哪？一点都不矛盾,理论值就是在最高输入电压时得计算结果,而现在就是低输入电压。
重负载就是指开关电源可能达到得最大负载。主要就是通过试验测得开关电源得极限功率。
五﹑RCD吸收电路中R值得功率选择
R得功率选择就是依实测VRCD得最大值,计算而得。实际选择得功率应大于计算功率得两倍。