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网友探讨:一种较理想的吸收电路

发布时间:2015-08-26 责任编辑:sherry

【导读】本文介绍的是一种较理想的吸收电路,该电路更简洁,如果采用集成IC,吸收电路这个地方无需任何附件。兼容轻重负载,具有TVS管的优点轻载时效率也高。
 
在硬开关电路中变压器中的漏感是一个不利的因素,电源工作时漏感上储存的能量不能传递到次级只能在初级被吸收掉(损耗掉)。最简单的吸收电路是RCD吸收电路如图1。
 RCD吸收电路
 图1 RCD吸收电路
 
RCD吸收电路是按照满载状态来设计要能够吸收掉满载时候的漏感能量,当轻载的时候漏感的能量比较小但RCD电路参数已经固定了此时的参数相对于此时的工作状态不是最佳导致损耗增加效率降低。
 
比较理想的是用一个可变电阻替代吸收电路根据负载状态自动的调节阻值满足轻重载时的不同需求,这在实际应用中是用的TVS管替代RCD中的R和C。
TVS吸收电路
 图2 TVS吸收电路
 
TVS管吸收缺点是成本高了些。
 
一种能达到TVS管同样效果而又低成本的方法如下图3。
 低成本MOS管吸收
图3 低成本MOS管吸收
 
这里也用到了一个TVS管,这个TVS管是信号级的工作原理是当开关管的漏极电压超过了TVS管的击穿电压后TVS管导通并对MOS开关管的栅极充电,MOS管进入线性工作区拉低漏极电压。当漏极电压低压TVS管击穿电压时TVS管关闭,电路恢复正常。这里是将漏感的能量消耗在MOS管上,在设计MOS管功耗散热时需要把这部分损耗考虑进去。电路只用了一个信号级的TVS管成本上很有优势。
 
图3这个电路对TVS管的性能和驱动电阻选值有要求,是否可行还需验证。还有一种不需TVS管的方法如图4。
线性稳压MOS吸收
图4 线性稳压MOS吸收
 
图4的原理同图3是一样的实现的可行性更高些,当PWM开的时候绿色通道为高电平MOS管导通Vds为低电平运放输出零,红色通道不影响电路。当PWM关时绿色通道为零电平,Vds电压升高当高于参考电压Vref时运放输出模拟电压,这个模拟电压驱动MOS管线性打开直到Vds低于参考电压Vref。单看运放、红色通道、开关管这个环路其实就是一个基本的线性稳压电路。如果将运放和加法器集成到控制IC中或者采用其它控制方法,成本应当是可以接受。
 
总结一下这种方法优点,电路更简洁,如果采用集成IC,吸收电路这个地方无需任何附件。兼容轻重负载,具有TVS管的优点轻载时效率也高。省掉一个发热元件,吸收的能量都通过MOS管消耗掉,公用MOS管上的一个散热片。可以提高低压输入时的效率。还有就是成本低。
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下面的是对图4做的仿真
线性稳压MOS吸收波形
图5 线性稳压MOS吸收波形
 
图5中MOS管的源漏电压V_ds有一个很窄的尖峰,原因大概是稳压环路跟不上电压V_ds的变化速度。试过将栅极电压下降沿调缓(减缓V_ds的上升速度)可以抑制住V_ds的窄尖峰不过会增加功耗影响效率。
 
为了消掉这个窄尖峰又把RCD电路加了上去,这个窄尖峰能量不多只需小功率的RCD吸收即可,下图是只加RCD电路无线性稳压吸收的波形图
只有小功率RCD吸收电路的波形
 图6 只有小功率RCD吸收电路的波形
 
因为RCD吸收功率小不足以吸收掉漏感的能量所以MOS管的漏极电压升的很高。同样这个RCD吸收电路再增加线性稳压吸收后的波形如图7
加入小功率RCD的线性稳压吸收波形
图7 加入小功率RCD的线性稳压吸收波形
 
线性稳压吸收的基准设置的是550V图中的MOS管电压也被限制在550V,图中的栅极电压红圈处可见MOS管在此区间工作于线性区因MOS管电压被钳位在550V所以此区间主要吸收的是漏感能量。
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