整流二極管尖峰吸收電路的設計對比|必看-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-08-03
關于Flyback的次級側整流二極管的RC尖峰吸收問題，在處理此類尖峰問題上此處用RCD吸收會比用RC吸收效果更好，用RCD吸收，其整流管尖峰電壓可以壓得更低(合理的參數搭配，可以完全吸收，幾乎看不到尖峰電壓)，而且吸收損耗也更小。
從這兩張仿真圖看來，其吸收效果相當，如不考慮二極管開通時高壓降，可以認為吸收已經完全。
此處的RCD吸收設計，可以這樣認為：為了吸收振蕩尖峰，C應該有足夠的容值，已便在吸收尖峰能量后，電容上的電壓不會太高，為了平衡電容上的能量，電阻R需將存儲在電容C中的漏感能量消耗掉；
所以理想的參數搭配，是電阻消耗的能量剛好等于漏感尖峰中的能量(此時電容C端電壓剛好等于Uin/N+Uo)，因為漏感尖峰能量有很多不確定因素，計算法很難湊效，所以下面介紹一種實驗方法來設計。
1.選一個大些的電容(如100nF)做電容C，D選取一個夠耐壓>1.5*(Uin/N+Uo)的超快恢復二極管(如1N4148;
2.可以選一個較小的電阻10K，1W電阻做吸收的R;
3.逐漸加大負載，并觀察電容C端電壓與整流管尖峰電壓;
如C上電壓紋波大于平均值的20%，需加大C值;如滿載時，C端電壓高于Uin/N+Uo太多(20%以上，根據整流管耐壓而定)，說明吸收太弱，需減小電阻R;
如滿載時，C上電壓低于或等于Uin/N+Uo，說明吸收太強，需加大電阻R;如滿載時C上電壓略高于Uin/N+Uo(5%~10%，根據整流管耐壓而定)，可視為設計參數合理;
在不同輸入電壓下，再驗證參數是否合理，最終選取合適的參數。
再看看兩種吸收電路對應的吸收損耗問題(以Flyback為例)：
采用RC吸收：C上的電壓在初級MOS開通后到穩態時的電壓為Vo+Ui/N,(Vo為輸出電壓，Ui輸入電壓，N為變壓器初次級匝比)，因為我們設計的RC的時間參數遠小于開關周期，可以認為在一個吸收周期內，RC充放電能到穩態，所以每個開關周期，其吸收損耗的能量為：
次級漏感尖峰能量+RC穩態充放電能量，近似為RC充放電能量=C*(Vo+Ui/N)^2(R上消耗能量，每個周期充一次放一次)，所以RC吸收消耗的能量為 fsw*C*(Vo+Ui/N)^2,以DC300V輸入，20V輸出，變壓器匝比為5，開關頻率為100K，吸收電容為2.2nF為例，其損耗的能量為 2.2N*(20+300/5)^2*100K=1.4w。
采用RCD吸收，因為采用RCD吸收，其吸收能量包括兩部分，一部分是電容C上的DC能量，一部分就是漏感能量轉換到C上的尖峰能量，因為漏感非常小，其峰值電流由不可能太大，所以能量也非常有限，
相對來講，只考慮R消耗的直流能量就好了，以上面同樣的參數，C上的直流電壓為Vo+Ui/N=80V，電阻R取47K，其能量消耗為0.14W，相比上面的1.4W，“低碳”效果非凡。
再談談這兩種吸收電路的特點及其他吸收電路：
RC吸收：吸收尖峰的同時也將變壓器輸出的方波能量吸收，吸收效率低，損耗大，但電路簡單，吸收周期與開關頻率一致，可以用在低待機功耗電路中。
RCD吸收：適合所有應用RC吸收漏感尖峰的地方(包括正激、反激、全橋、半橋等拓撲)吸收效率較RC高，但是存在一直消耗電容(一般比較大)儲存的能量的情況，不適合應用在低待機功耗電路中(包括初級MOS管的漏感吸收);
再討論一下ZENER吸收：可以應用于初級MOS漏感尖峰吸收，次級整流管電壓尖峰吸收，還可應用于低待機功耗電路，吸收效率最高，成本高，但ZENER穩壓參數變化較大，需仔細設計。
整流管的反向恢復只會出現在連續工作模式中，斷續工作模式的電源拓撲，都不會存在整流管的反向恢復問題;
整流管的電容效應及次級雜散電容與次級漏感會引起振蕩，這種振蕩在整流管大的dv/dt(變壓器連整流管端電壓變化率)和二極管反向恢復電流(連續模式)影響下，表現為變壓器輸出端+輸出電壓通過次級漏感與整流管等雜散電容的諧振，從而引起整流管反向電壓尖峰。
通俗來講，二極管的反向恢復指正在導通的二極管從導通狀態轉換為反向截至狀態的一個動態過程，這里有兩個先決條件：
二極管在反向截至之前要有一定正向電流(電流大小影響到反向恢復的最大峰值電流及恢復時間，本來已截至的狀態不在此列，故只有連續模式才存在反向恢復問題);
為滿足二極管快速進入截至狀態，會有一個反向電壓加在二極管兩端(這個反向電壓的大小也影響已知二極管的反向恢復電流及恢復時間)。所以看有無反向恢復問題，可以對比其是否具備這兩個條件。
準諧振電路的好處是將斷續模式整流二極管最大的端變化電壓N*Uo+Uo變成N*Uo-Uo，減小了其整流二極管在初級MOS管開通時的電壓變化率，從而減少了漏感振蕩的激勵源，降低其產生的振蕩尖峰，如幅值不影響整流管耐壓安全，完全可以省去RC等吸收電路。
這里簡單說一下，不管是RCD吸收還是ZVS吸收，其N*Vo/Vclamp(N為變壓器初次級匝比，Vo為輸出電壓，Vclamp為嵌位電壓)越小，吸收的損耗就越小(這里不考慮RCD吸收中的D二極管反向恢復期間回灌的能量)，
如果等于0，那損耗就是0.5*Lleakage*Ip^2*fsw，這個是極限值，也就是說實際的吸收損耗肯定會大于這個數，要想降低吸收損耗，在滿足MOS耐壓和EMI要求下，提高吸收點電壓就可以降低吸收損耗。
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