開關管吸收迴路計算分析

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等效電路：

L：變壓器漏感及元器件引線電感等雜散電感之和。

R、C：吸收電阻電容。

D、Cd：整流二極體，Cd為D的結電容。

Q、Coss：開關MOSFET，Coss為MOSFET的結電容。

開關管由導通到截止時由於漏感L的存在，要通過R、C將其能量吸收掉，否則會產生一個尖峰電壓影響到元件的可靠性以及造成EMI問題。

整流二極體截止時還有個反向恢複電流的問題，但是把反向恢複電流最大時當作分析的起使點，那在實際分析時過程還是一樣的，只是初始狀態不同。

考慮整流二極體這個迴路，設流過L上的電流為I1(t)：

流過結電容Cd的電流為

流過吸收電容C的電流為

根據Cd兩端電壓等於R、C兩端電壓得到微積分方程：

由於含有積分，方程求解不便，將其求導，得到3階微分方程：

由於Cd很小，可以將其忽略以簡化分析，得到簡化後的微分方程：

考慮初始狀態I1（）=Io，I1』（）=(Vin-Vo)/L，其中Io為開關管關閉時電流的最大值，應用拉普拉斯變換得到變換後的方程：

這是個2階系統，應當讓其工作在過阻尼狀態防止振蕩，因此要保證極點有2個相異實根，得到

應用拉普拉斯逆變換可以得到電流I1(t)的解：

電感L上的電壓：

二極體D上的電壓：

假定L=0.1uH，C=220pF，Vo=12V，Vin= -60V（此時MOSFET ON，變壓器次級電壓反向，Vin由12V跳變為-60V），R=2*sqrt（L/C）=42.6ohm。

DCM狀態下Io=0，考慮不同的R值對波形的影響：

可以看到阻值越小，電壓電流的波形振蕩越多，峰值越高，越容易對迴路產生不利影響，因此要保證工作在過阻尼狀態，電阻R不能取小。

考慮R=47ohm時不同電容C對波形的影響：

可以看到電容C越大，電壓電流變化率會減小，並且電壓的過沖會減小，這樣對EMI會有好處，但是峰值電流會變大。

考慮此時電阻R上的功率消耗，假定迴路工作頻率50KHz：

可以看到正常情況下吸收電阻消耗的功率與R值大小無關，只與C及C兩端的電壓有關，因此可以看到改善EMI是以增加消耗功率為代價的，會降低迴路的總體效率，因此C也不能取太大，此時P=1/2*C*(Vin-Vo)^2*f。

需要看到此時吸收迴路吸收的不是漏感L上的能量，而是電壓跳變在電容C上產生的能量。

考慮在CCM狀態下，設Io=1A和2A

C=220pF時不同R值對波形的影響：

R=47ohm時不同C值對波形的影響：

可以看到當截止電流比較大時，電阻越大電流下降越慢，吸收電容上初始電壓就會越高，對電容耐壓要求就會越高，此時電感L及二極體D兩端電壓變化也會更快，對迴路產生不利影響的可能性會更大，因此吸收電阻R取值也不能太大。

吸收電容上有初始電壓是因為考慮二極體關斷時兩端電壓不能突變，電感L電流也不能突變，從而電流經吸收電阻在吸收電容上產生了初始電壓。

吸收電容的增大可以減小電壓電流的變化率。

考慮此時吸收電阻R消耗的功率：

可以看到吸收功率始終隨吸收電容C值的增大而增大，但是不同的截止電流隨吸收電阻R值的變化會有不同的變化。

因此可以根據EMI的情況選取合適的C值，然後由此C值確定R值。

可以考慮一種確定R、C值的方法，在最大截止電流的情況下確定吸收電容C上的起始電壓，這時可以計算出R值，這個R值是最大值，然後再由R值計算出C值，這時的C值是吸收電容的最小值。

考慮結二極體電容Cd的影響，設Cd=15pF：DCM狀態：Io=0，

以上是不同的吸收電阻R，考慮不同的吸收電容C：

可以看到如果吸收電阻R偏大，流過結電容的電流也會增加，並且震蕩也比較厲害，對二極體D會有不利影響，起不到保護二極體的作用。

吸收電容C的加大可以減小電壓電流的變化率。

考慮CCM狀態，Io分別為1A、2A：C=220pF，不同R的影響：

R=47ohm時不同C的影響：

可以看到截止電流越大，在二極體兩端產生的尖峰電壓越高，吸收電容越大，電壓電流變化率越小，吸收電阻越大，電壓尖峰越高。

以上的曲線是在初始狀態I（）=Io，I』（0）=（Vin-Vo）/L，I』』（0）= -Io/Cd/L的條件下求得的，不同得初始條件會得到不同得曲線。由於該初始條件並不一定正確，因此得到的曲線可能與實際觀察到的波形會有較大差異，但是其變化趨勢是可以參考的。

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