電壓關(guān)斷型緩沖器（RCD Snubber）的基本類(lèi)型及其工作原理

　　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，詳細分析了其各自的工作原理，給出了相應的計算公式，最后通過(guò)實(shí)驗提出了電路的優(yōu)化設計方法。

　　RCD Snubber電路的基本類(lèi)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(lèi)型，習慣上前者稱(chēng)為RCD Snubber電路，而后者則稱(chēng)為RCD Clamp電路。

　　為了分析方便，以下的分析或舉例均針對反激電路拓撲，開(kāi)關(guān)器件為功率MOSFET。

　　圖1 常用的RCD Snubber電路

　　抑制電壓上升率模式

　　對于功率MOSFET來(lái)講，其電流下降的速度較GTR或IGBT快得多，其關(guān)斷損耗的數值要比GTR或IGBT小，但是這個(gè)損耗對整個(gè)小功率的電源系統也是不容忽視的。因此提出了抑制電壓上升率的RCD Snubber。

　　如圖1所示，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域將會(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，因為在每一個(gè)關(guān)斷期間的起始點(diǎn)(也就是開(kāi)通期間的結束點(diǎn))，Cs必須放盡電荷以對電壓上升率進(jìn)行有效的抑制;而在關(guān)斷期間的結束點(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 )達到()(為忽略漏感時(shí)的電壓尖峰，為次級對初級的反射電壓)。

　　關(guān)管導通的瞬間，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)間常數比抑制電壓上升率模式更長(cháng)。

　　以圖2為例分析電路的工作過(guò)程，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。

　　圖2反激式變換器的Clamp電路