摘　要：本文介紹了抑制電壓上升率模式和電壓鉗位模式關(guān)斷型緩沖電路(rcd snubber)的設(shè)計(jì)方法，對(duì)其中一些理論與實(shí)踐上認(rèn)識(shí)較模糊的原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，并給出了簡(jiǎn)單方便的電路設(shè)計(jì)與相關(guān)損耗的計(jì)算公式，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了理論分析的正確性。

　　關(guān)鍵詞：緩沖器；抑制電壓上升率；電壓鉗位

引言
　　近年來(lái)snubber電路有了較大的發(fā)展， 但目前其性能并未得到合理優(yōu)化，其應(yīng)用也不盡如人意。這主要是由于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用人員并未十分重視r(shí)cd snubber的基本類型、相關(guān)特性及使用場(chǎng)合的限制，也不重視r(shí)cd snubber電路的理論分析，只是憑經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際工程調(diào)試，這在一定程度上降低了工程設(shè)計(jì)的工作效率。

　　基于上述原因，本文較深入地討論了兩種常用模式的rcd snubber電路：抑制電壓上升率模式與電壓鉗位模式，詳細(xì)分析了其各自的工作原理，給出了相應(yīng)的計(jì)算公式，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)提出了電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
　　
rcd snubber電路的
基本類型及其工作原理
　　rcd snubber是一種能耗式電壓關(guān)斷型緩沖器，分為抑制電壓上升率模式和電壓鉗位模式兩種類型，習(xí)慣上前者稱為rcd snubber電路，而后者則稱為rcd clamp電路。

　　為了分析方便，以下的分析或舉例均針對(duì)反激電路拓?fù)洌_(kāi)關(guān)器件為功率mosfet。

抑制電壓上升率模式
　　對(duì)于功率mosfet來(lái)講，其電流下降的速度較gtr或igbt快得多，其關(guān)斷損耗的數(shù)值要比gtr或igbt小，但是這個(gè)損耗對(duì)整個(gè)小功率的電源系統(tǒng)也是不容忽視的。因此提出了抑制電壓上升率的rcd snubber。

　　在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間，反激變壓器的漏感電流需要按原初始方向繼續(xù)流動(dòng)，該電流將分成兩路：一路在逐漸關(guān)斷的開(kāi)關(guān)管繼續(xù)流動(dòng)；另一路通過(guò)snubber電路的二極管ds向電容cs充電。由于cs上的電壓不能突變，因而降低了開(kāi)關(guān)管關(guān)斷電壓上升的速率，并把開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷功率損耗轉(zhuǎn)移到了snubber電路。如果cs足夠大，開(kāi)關(guān)管電壓的上升及其電流的下降所形成的交叉區(qū)域?qū)?huì)進(jìn)一步降低，可以進(jìn)一步降低開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷損耗。但是cs的取值也不能過(guò)大，因?yàn)樵诿恳粋�(gè)關(guān)斷期間的起始點(diǎn)(也就是開(kāi)通期間的結(jié)束點(diǎn))，cs必須放盡電荷以對(duì)電壓上升率進(jìn)行有效的抑制；而在關(guān)斷期間的結(jié)束點(diǎn)，cs雖然能降低開(kāi)關(guān)管電壓的上升時(shí)間，但其端電壓最終會(huì)達(dá)到()(為忽略漏感時(shí)的電壓尖峰，為次級(jí)對(duì)初級(jí)的反射電壓)。

　　關(guān)管導(dǎo)通的瞬間，cs將通過(guò)電阻rs與m所形成的回路來(lái)放電。snubber的放電電流將流過(guò)開(kāi)關(guān)管，會(huì)產(chǎn)生電流突波，并且如果某個(gè)時(shí)刻占空比變窄，電容將不能放盡電荷而不能達(dá)到降低關(guān)斷損耗的目的。

　　可見(jiàn)，snubber電路僅在開(kāi)關(guān)過(guò)渡瞬間工作，降低了開(kāi)關(guān)管的損耗，提高了電路的可靠性，電壓上升率的減慢也降低了高頻電磁干擾。

電壓鉗位模式
　　rcd clamp不同于snubber模式，其目的是限制開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間其兩端的最大尖峰電壓，而開(kāi)關(guān)管本身的損耗基本不變。在工作原理上電壓鉗位模式rc的放電時(shí)間常數(shù)比抑制電壓上升率模式更長(zhǎng)。

　　并且使用工作于反激式變換器的變壓器模型。反激式變壓器主要由理想變壓器、激磁電感與漏感組成。

　　會(huì)發(fā)生高頻諧振而使開(kāi)關(guān)管ds兩端電壓升高，但是由于漏感產(chǎn)生的vspike的能量能夠及時(shí)轉(zhuǎn)移到cc中，而使cc的端電壓從次級(jí)反射電壓vor上升到最大值(vor+vspike)；當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，cc通過(guò)電阻rc放電，這樣在下個(gè)周期開(kāi)關(guān)管關(guān)斷前，能夠使得cc的端電壓從(vor+vspike)恢復(fù)到vor。這樣，只要能夠合理設(shè)置時(shí)間常數(shù)，就能保證在一個(gè)周期內(nèi)將漏感轉(zhuǎn)移到cc中的能量釋放完畢。

　　cc端電壓在理想情況下基本上是恒定的，僅在充、放電時(shí)存在一個(gè)變化量vspike。而漏感的電流始終和初級(jí)電流串聯(lián)的，所以漏感電流的下降過(guò)程就是次級(jí)電流的上升過(guò)程。而漏感電流的下降過(guò)程是由rcd clamp電路cc上的壓降和反射電壓vor的差值決定的，差值越大電流下降就越快，能量傳輸也越快，因而效率會(huì)明顯提高。所以，此時(shí)開(kāi)關(guān)管ds的電壓為(+vor+vspike)。這樣漏感兩端的電壓將為vspike(一般可取10v~20v)，如圖3所示。由法拉第定律可知因漏感引起的初、次級(jí)能量傳輸?shù)难舆t時(shí)間為：
(8)
　　其中，ip為在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)電感的峰值電流。
　　如果電路參數(shù)選擇適當(dāng)，rcd clamp電路兩端的電壓尖峰將通過(guò)cc來(lái)吸收，并且需要達(dá)到能量平衡，因漏感而產(chǎn)生的能量將完全消耗在rc上。　

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
　　實(shí)驗(yàn)中采用一個(gè)輸出功率為3.5w的反激式開(kāi)關(guān)電源樣機(jī)，其主要參數(shù)如下：

po=3.5w；vin=220vac；fs=43khz；ip=0.1a；lp=6.63mh ；=871.3mh；np=75；ns=12；次級(jí)對(duì)初級(jí)的反射電壓，取vor=80v。另取vspike=20v；開(kāi)關(guān)管選用smp4n100，其tr=18ns。


　　cs=2.143pf,rs=4.2k健?由于幾pf的電容不容易得到，故可以用10個(gè)22pf的瓷介電容串聯(lián)來(lái)等效代用。有rcd snubber電容時(shí)。
　　加上合適的snubber電路后，vds的上升率有所減緩，因而可以轉(zhuǎn)移開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷損耗