RC 吸收電路阻容參數(shù)選取方法的研究及應(yīng)用

趙 燕 王藝橙

（珠海市理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校 珠海 519100）

引言

在帶有變壓器的開關(guān)電源開斷過程中，開關(guān)損耗主要來自電壓和電流的交疊部分。同時，由于電路中的雜散電感和雜散電容的存在，關(guān)斷時會出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象并產(chǎn)生振蕩，振蕩的存在會增大電路輸出波紋，從而產(chǎn)生尖峰輻射，輻射源的強度直接受電流波形的上升率的影響。如果可以減緩二極管的電流上升率，就可以降低輻射源的干擾強度，從而從源頭上解決產(chǎn)品的電磁輻射問題。

針對上述問題，本文首先簡要分析了整流二極管及其RC 吸收電路的作用機制，接著闡述了吸收電路RC 相關(guān)參數(shù)的選取方法，最后通過整改案例進行了簡單驗證，旨在為從源頭上解決電器產(chǎn)品電磁輻射問題提供一定的指導(dǎo)。

1 整流二極管RC 吸收電路的介紹

整流二極管RC 吸收電路由一個二極管、電阻和電容組成，通常用于將交流電信號轉(zhuǎn)換為直流電信號，廣泛應(yīng)用于電源電路、音頻放大器等電路中。整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娮儞Q成脈動的直流電。在二極管導(dǎo)通或關(guān)斷時，其兩端的漏感電壓尖峰很大，產(chǎn)生的關(guān)斷損耗及電磁輻射也很大，嚴重時可能會燒壞二極管，因此，必須給開關(guān)管加上吸收電路。當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷的瞬間，通過的電流開始下降，而變壓器的漏感會阻止這一部分電流的減小，一部分電流將繼續(xù)通過要關(guān)斷的二極管，另一部分經(jīng)過吸收電路對電容充電。整流電路的干路電流一部分流進電容，從而降低導(dǎo)通或關(guān)斷二極管產(chǎn)生的損耗和尖峰電壓或電流、減緩振蕩引起的電磁輻射強度及平滑輸出波紋。因此，在二極管兩端需并聯(lián)吸收電路來改善整個電路的性能。

如圖1，吸收電路由串聯(lián)的電阻和電容組成，其作用是將整流后的脈動直流電濾波，減少二極管導(dǎo)通或關(guān)斷時產(chǎn)生的損耗、降低尖峰電壓或電流以及降低dv/dt 或di/dt，使其趨于平滑以及衰減寄生振蕩。輻射源的強度與電流或電壓波形的變化率直接相關(guān)，如果可以降低二極管的電流或電壓變化率，就可以降低電磁輻射的強度。因此，在整流二極管上并聯(lián)合理的阻容吸收電路起著不可或缺的作用。

圖1 整流二極管RC 吸收電路

2 吸收電路RC 參數(shù)的選取方法

由于變壓器的寄生電感和二極管的寄生電容的存在，次級整流端需在二極管兩端跨接一個RC 減振器，目的在于對次級總線上的寄生振蕩進行衰減，防止二極管導(dǎo)通或關(guān)斷時產(chǎn)生極大的電流變化率di/dt，從而引起電路產(chǎn)生尖峰輻射。當(dāng)RC 吸收電路置于二極管兩端時，所選擇的電容器可以使振蕩頻率f 降至原來的50 %的作用，由此，漏電感Lsl和寄生電容Cp可通過等式（1）和（2）解出：

寄生電容Cp=C/3，漏電感Lsl=3/（4π2f02C）。

在等式（2）中，電容C 是用于降低振蕩頻率的電容器，同時應(yīng)選擇合適的電阻阻值，來提供對于振蕩幅度的關(guān)鍵性衰減。在RC 吸收回路中，電阻等于特征阻抗（），即R=Z，此時LC 諧振在臨界阻尼，剛好沒有尖峰現(xiàn)象。

電容值C 取Cp的5～10 倍即可，電容的容量選擇足夠大，以免影響回路的分布電容，導(dǎo)致Z 值偏移，吸收效果不好，或者根據(jù)C 值再微調(diào)R。利用阻尼振蕩公式推算：

電容放電時間常數(shù)為：

當(dāng)出現(xiàn)電磁輻射問題時，若電容值已固定，無法從降低振蕩頻率這一方法來對振蕩幅值進行衰減。解決的辦法就是在電路中增大“阻尼”以此來消耗電路中產(chǎn)生的能量，即增大泄放回路的電阻。那么可根據(jù)電容放電時間常數(shù)（公式（4））得到，R 的存在讓電容在放電時速度變慢，具有平緩尖峰電流的作用。當(dāng)電容的電壓和電源的電壓同時達到最高值，同時電源電壓低于當(dāng)前電容所充電壓值時，從而電容通過電阻放電。電容的放電常數(shù)越大，放電越慢，輸出電壓越高，脈動成分就越少，因此濾波效果越好。

理論上為了充分降低二極管兩端的漏感尖峰電壓，應(yīng)盡量選取較大阻容的參數(shù)，但是元器件的參數(shù)越大，損耗越大，系統(tǒng)效率就會越低。且在通常情況下，當(dāng)二極管兩端電壓的漏感尖峰電壓在其端壓峰值的30 %以內(nèi)就可以滿足要求，因此，RC 吸收電路中的阻容參數(shù)的選取就至關(guān)重要。

3 案例分析

3.1 問題描述

某家電產(chǎn)品電磁兼容測試時端子騷擾電壓在558 kHz 時測試結(jié)果接近標準限值（如圖2），存在不合格隱患，需要進一步優(yōu)化以提高測試裕量。

圖2 整改前端子騷擾電壓測試結(jié)果

3.2 整改驗證

本次整改方案采用調(diào)整RC 吸收電路參數(shù)的方法。如圖3 所示電路中，D3 為變壓器次級整流二極管，R10 和C6 組成RC 吸收電路。根據(jù)前文介紹的方法，將R10（36 Ω）調(diào)整為R10（100 Ω），以提高RC吸收電路“阻尼”消耗電路中產(chǎn)生的能量。

圖3 開關(guān)電源部分電路

當(dāng)二極管導(dǎo)通或關(guān)斷時，RC 吸收電路對漏感電壓和寄生電容產(chǎn)生的寄生振蕩進行衰減。根據(jù)電容放電時間常數(shù)τ=RC，電阻由36 Ω 改為100 Ω，放電時間常數(shù)增大2.78 倍。電容的放電常數(shù)越大，放電越慢，輸出電壓越高，脈動成分就越少，有利于減低尖峰電壓和降低dv/dt 或di/dt，因此平滑尖峰電壓或電流效果越好，從而達到降低端子騷擾電壓的目標。

增大RC 吸收電路的電阻參數(shù)后，端子騷擾電壓測試在541 kHz 時，測試結(jié)果為-7.64 dB（如圖4），測試裕量比較充足，從實驗中我們發(fā)現(xiàn)改變RC 吸收電路的參數(shù)達到了預(yù)期的效果。

圖4 整改后端子騷擾電壓測試結(jié)果

4 總結(jié)

針對整流二極管導(dǎo)通和關(guān)斷時產(chǎn)生的尖峰電流和極快的電流變化率di/dt 而導(dǎo)致二極管損耗及電磁輻射問題，研究整流二極管并聯(lián)的吸收回路得出的結(jié)論總結(jié)如下：

1）整流電路中并聯(lián)緩沖電路由電阻和電容串聯(lián)組成，其作用是衰減寄生振蕩和尖峰電壓或電流、降低二極管導(dǎo)通或關(guān)斷產(chǎn)生的損耗以及降低電壓變化率dv/dt 或電流變化率di/dt。

2）電磁輻射是由電流變化率di/dt 引起的，而且輻射源的強度與電流的波形變化率直接相關(guān)。因此降低二極管的電流上升率，就可以降低輻射源的干擾強度，從而解決產(chǎn)品的電磁輻射問題。

3）RC 吸收電路的參數(shù)采用調(diào)整電容以此衰減振蕩頻率的方式確定電容值，并根據(jù)LC 諧振在臨界阻尼時沒有尖峰存在而選擇電阻值。此外，當(dāng)電容未進行調(diào)制時，為對振蕩幅值進行衰減，還可以采用在電路中增大“阻尼”以此來消耗電路中產(chǎn)生的能量。根據(jù)電容放電時間常數(shù)計算可知，增大電阻，放電常數(shù)越大，放電越慢，有利于降低尖峰電壓和降低dv/dt 或di/dt，衰減電磁輻射強度。但需要注意的是從系統(tǒng)效率出發(fā)，元器件參數(shù)越大，損耗越大，效率越低。

同時需要指出的是，RC 吸收電路的帶寬較窄，對于高頻干擾信號的抑制能力不足，抑制效果也容易受到溫度變化、電源等環(huán)境因素的影響。因此對于未來RC 吸收電路技術(shù)的研究需要向更廣帶寬和更高頻率響應(yīng)的方面進行開展。