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2020.01.08 AC/DC

主要零件的選型:緩衝電路相關零件

使用SiC-MOSFET的隔離型準諧振轉換器的設計案例

本文介紹的內容不是電源IC BD7682FJ的功能設定零件,而是電源電路中常用的緩衝電路的組成元件和常數。這裡的緩衝電路不僅用於本文中的準諧振轉換器,還用於其他文章中提到的返馳式轉換器。請參閱相關文章:“隔離型返馳式轉換器電路設計:主要元件的選型-CIN和緩衝”、“隔離型返馳式轉換器的基礎:返馳式轉換器的工作和緩衝”。

什麼是緩衝電路

緩衝電路是抑制突波的電路。在本例中是為了抑制輸入突波而設定在輸入端,其實也可用於輸出端。由於輸入連接於變壓器的一次側,所以受變壓器的漏電感影響,當MOSFET從ON變為OFF的瞬間,將產生較大的突波電壓(尖峰雜訊)。這種突波電壓外加在MOSFET的漏極-源極之間,因此如果產生的突波電壓超過MOSFET的耐壓,可能會造成MOSFET損壞。為了防止MOSFET損壞,插入由RCD(電阻、電容、二極體)組成的緩衝電路以抑制突波電壓。由於大多數情況下都會產生這種突波,因此建議在設計之初就設定緩衝電路。

緩衝電路:Rsnubber1、Csnubber1、及D13、D14、D15、D16

在本例中使用的緩衝電路,由電阻Rsnubber1、電容Csnubber1、以及二極體D13、D14、D15、D16組成,只要去掉D15和D16就是典型的RCD緩衝電路。首先來確定鉗位元電壓和鉗位元漣波電壓,並按R、C、D的順序確定常數。

1)鉗位元電壓(Vclamp)、鉗位元漣波電壓(Vripple)

鉗位元電壓需要根據MOSFET的耐壓考慮到餘量來決定。餘量取20%。

Vclamp=1700V×0.8=1360V

鉗位元漣波電壓(Vripple)定為50V左右。

2)電阻Rsnubber1

Rsnubber1的選型需要滿足以下條件。

A5_11_graf02

A5_11_graf01

這裡設漏電感Lleak=Lp×10%=1750µH×10%=175µH,

利用下列公式計算Po=25W、VIN(max)=900V時的Ip和fsw。

A5_11_graf_03

根據上述計算:

A5_11_graf_04

fsw從161kHz變為120kHz的原因與以前介紹的一樣,因為電源IC的最大切換頻率為120kHz。Rsnubber1是比計算結果253kΩ小的值,因此定為200kΩ。
Rsnubber1的損耗P_Rsnubber1可利用以下公式進行計算。

A5_11_graf_05

考慮到餘量,定為2W以上。最終Rsnubber1採用2W、200kΩ的電阻。

3)Csnubbe1
Csnubber1的電容量透過下列公式計算。

A5_11_graf_06

由於容量要大於1607pF,所以選擇2200pF。

外加於Csnubber1的電壓為從Vclamp減去VIN(MAX)後的電壓,即1360V-900=460V,因此考慮到餘量,Csnubber1的耐壓定為600V以上。最終選用2200pF、2kV、10%、X7R、1210封裝的陶瓷電容。

4)D13、D14
4個二極體中,D13和D14使用快速恢復二極體。耐壓選擇MOSFET的Vds(max)=1700V以上的電壓。此次串聯使用2個通用的UF4007(1000V、1A)。

由於突波電壓不僅受變壓器的漏電感影響,還受PCB板薄膜佈線的寄生分量影響,因此需要在組裝於實際PCB板中的狀態下確認Vds,並根據實際的電壓調整緩衝電路。

5)D15、D16
這些二極體是TVS(暫態電壓抑制)二極體,是突波吸收元件。當需要獲得更優異的保護性能時,可添加TVS來吸收暫態尖峰雜訊。透過確認MOSFET切換時的波形來決定是否使用。外加於這部分的計算值電壓與外加於Csnubber1的電壓相同,均為460V,因此串聯使用2個鉗位元電壓274V的1.5KE200A二極體,來吸收超出的暫態電壓。

重點:

・為了抑制輸入中的變壓器漏電感引發的浪湧,可添加緩衝電路。

・緩衝電路基本上採用RCD型電路,要想獲得更優異的保護性能,可添加TVS二極體。

PWM返馳式轉換器設計範例