飽和電感特性●熱特性

　　飽和電感是功率器件，通過進(jìn)入和退出飽和過程的磁滯損耗(而不是渦流損耗或者銅損)吸收電流尖峰能量，主要熱功率來自于磁芯。

　　這一方面要求磁芯應(yīng)該是高頻材料，另一方面要求磁芯溫度在任何情況下不得超過居里溫度。這意味著飽和電感的磁芯應(yīng)該具有最有利的散熱特性和結(jié)構(gòu)，即：更高的居里溫度、更高的導(dǎo)熱系數(shù)、更大的散熱面積、更短的熱傳導(dǎo)路徑。

　　緩沖的基本方法：

　　●在沖擊電流尖峰的路徑上串入某種類型的電感，可以是以下類型：緩沖的特性：

　　●由于緩沖電感的串入會(huì)顯著增加吸收的工作量，因此緩沖電路一般需要與吸收電路配合使用。

　　●緩沖電路延緩了導(dǎo)通電流沖擊，可實(shí)現(xiàn)某種程度的軟開通(ZIS)。

　　●變壓器漏感也可以充當(dāng)緩沖電感。LD 緩沖特點(diǎn)：

　　●可不需要吸收電路配合。

　　●緩沖釋能二極管與拓?fù)淅m(xù)流二極管電流應(yīng)力相當(dāng)甚至更大。

　　●緩沖釋能二極管的損耗可以簡(jiǎn)單理解為開關(guān)管減少的損耗。

　　●適當(dāng)?shù)木彌_電感(L3)參數(shù)可以大幅度減少開關(guān)管損耗，實(shí)現(xiàn)高效率。LR 緩沖特點(diǎn)：

　　●需要吸收電路配合以轉(zhuǎn)移電感剩余能量。

　　●緩沖釋能電阻R的損耗較大，可簡(jiǎn)單理解為是從開關(guān)管轉(zhuǎn)移出來的損耗。

　　●R、L參數(shù)必須實(shí)現(xiàn)最佳配合，參數(shù)設(shè)計(jì)調(diào)試比較難以掌握。

　　●只要參數(shù)適當(dāng)仍然能夠?qū)崿F(xiàn)高效率。

　　飽和電感緩沖

　　●飽和電感的電氣性能表現(xiàn)為對(duì)di/dt敏感。

　　●在一個(gè)沖擊電流的上升沿，開始呈現(xiàn)較大的阻抗，隨著電流的升高逐漸進(jìn)入飽和，從而延緩和削弱了沖擊電流尖峰，即實(shí)現(xiàn)軟開通。

　　●在電流達(dá)到一定程度后，飽和電感因?yàn)轱柡投尸F(xiàn)很低的阻抗，這有利于高效率地傳輸功率。

　　●在電流關(guān)斷時(shí)，電感逐漸退出飽和狀態(tài)，一方面，由于之前的飽和狀態(tài)的飽和電感量非常小，即儲(chǔ)能和需要的釋能較小。另一方面，退出時(shí)電感量的恢復(fù)可以減緩電壓的上升速度，有利于實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷。

　　●以Ls2為例，5u表示磁路截面積5mm2，大致相當(dāng)于1顆PC40材質(zhì)442的小磁芯

　　●飽和特性

　　顯然飽和電感一般不必考慮使用氣隙或者不易飽和的低導(dǎo)磁率材料。

　　●初始電感等效特性

　　在其他條件相同情況下，較低導(dǎo)磁率的磁芯配合較多匝數(shù)、與較高導(dǎo)磁率的磁芯配合較少匝數(shù)的飽和電感初始電感相當(dāng)，緩沖效果大致相當(dāng)。

　　這意味著直接采用1 匝的穿心電感總是可能的，因?yàn)槿魏味嘣训碾姼锌偪梢哉业礁邔?dǎo)磁率的磁芯配合1 匝等效之。這還意味著磁芯最高導(dǎo)磁率受到限制，如果一個(gè)適合的磁芯配合1 匝的飽和電感，將沒有使用更高導(dǎo)磁率的磁芯配合更少匝數(shù)的可能。

　　●磁芯體積等效特性

　　在其他條件相同情況下，相同體積的磁芯的飽和電感緩沖效果大致相當(dāng)。既然如此，磁芯可以按照最有利于散熱的磁路進(jìn)行設(shè)計(jì)。比如細(xì)長(zhǎng)的管狀磁芯比環(huán)狀磁芯、多個(gè)小磁芯比集中一個(gè)大磁芯、穿心電感比多匝電感顯然具有更大的散熱表面積。

　　●組合特性

　　有時(shí)候，單一材質(zhì)的磁芯并不能達(dá)到工程上需要的緩沖效果，采用多種材質(zhì)的磁芯相互配合或許才能能夠滿足工程需要。無源無損緩沖吸收●如果緩沖電感本身是無損的(非飽和電感)，而其電感儲(chǔ)能又是經(jīng)過無損吸收的方式處理的，即構(gòu)成無源無損緩沖吸收電路，實(shí)際上這也是無源軟開關(guān)電路。

　　●緩沖電感的存在延遲和削弱的開通沖擊電流，實(shí)現(xiàn)了一定程度的軟開通。

　　●無損吸收電路的存在延遲和降低了關(guān)斷電壓的dv/dt，實(shí)現(xiàn)了一定程度的軟關(guān)斷。

　　●實(shí)現(xiàn)無源軟開關(guān)的條件與無損吸收大致相同。并不是所有拓?fù)涠寄軌虼罱ǔ鲆粋€(gè)無源軟開關(guān)電路。因此除了經(jīng)典的電路外，很多無源軟開關(guān)電路都是被專利的熱門。

　　●無源無損軟開關(guān)電路效率明顯高于其他緩沖吸收方式，與有源軟開關(guān)電路效率相差無幾。因此只要能夠?qū)崿F(xiàn)無源軟開關(guān)的電路，可不必采用有源軟開關(guān)。濾波緩沖●電路中的電解電容一般具有較大的ESR(典型值是百毫歐姆數(shù)量級(jí))，這引起兩方面問題：一是濾波效果大打折扣;二是紋波電流在ESR上產(chǎn)生較大損耗，這不僅降低效率，而且由于電解電容發(fā)熱直接導(dǎo)致的可靠性和壽命問題。

　　●一般方法是在電解電容上并聯(lián)高頻無損電容，而事實(shí)上，這一方法并不能使上述問題獲得根本的改變，這是由于高頻無損電容在開關(guān)電源常用頻率范圍內(nèi)仍然存在較大的阻抗的緣故。

　　●提出的辦法是：用電感將電解和CBB分開，CBB位于高頻紋波電流側(cè)，電解位于直流(工頻)側(cè)，各自承擔(dān)對(duì)應(yīng)的濾波任務(wù)。

　　●設(shè)計(jì)原則：Π形濾波網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率Fn應(yīng)該錯(cuò)開PWM頻率Fp?？扇p=(1.5～2)Fn 。

　　●這一設(shè)計(jì)思想可以延伸到直流母線濾波的雙向緩沖，或者其他有較大濾波應(yīng)力的電路結(jié)構(gòu)。振鈴振鈴的危害：

　　●MEI測(cè)試在振鈴頻率容易超標(biāo)。

　　●振鈴將引起振鈴回路的損耗，造成器件發(fā)熱和降低效率。

　　●振鈴電壓幅度超過臨界值將引起振鈴電流，破環(huán)電路正常工況，效率大幅度降低。

　　振鈴的成因：

　　●振鈴多半是由結(jié)電容和某個(gè)等效電感的諧振產(chǎn)生的。對(duì)于一個(gè)特定頻率的振鈴，總可以找到原因。電容和電感可以確定一個(gè)頻率，而頻率可以觀察獲得。電容多半是某個(gè)器件的結(jié)電容，電感則可能是漏感。

　　●振鈴最容易在無損(無電阻的)回路發(fā)生。比如：副邊二極管結(jié)電容與副邊漏感的諧振、雜散電感與器件結(jié)電容的諧振、吸收回路電感與器件結(jié)電容的諧振等等。

　　振鈴的抑制：

　　●磁珠吸收，只要磁珠在振鈴頻率表現(xiàn)為電阻，即可大幅度吸收振鈴能量，但是不恰當(dāng)?shù)拇胖橐部赡茉黾诱疋彙?/p>

　　●RC 吸收，其中C可與振鈴(結(jié))電容大致相當(dāng)，R 按RC吸收原則選取。

　　●改變諧振頻率，比如：只要將振鈴頻率降低到PWM頻率相近，即可消除PWM上的振鈴。

　　●特別地，輸入輸出濾波回路設(shè)計(jì)不當(dāng)也可能產(chǎn)生諧振，也需要調(diào)整諧振頻率或者其他措施予以規(guī)避。吸收緩沖能量再利用：RCD吸收能量回收電路●只要將吸收電路的正程和逆程回路分開，形成相對(duì)0 電位的正負(fù)電流通道，就能夠獲得正負(fù)電壓輸出。其設(shè)計(jì)要點(diǎn)為：

　　●RCD吸收電路參數(shù)應(yīng)主要滿足主電路吸收需要，不建議采用增加吸收功率的方式增加直流輸出功率。?輸出電流由L1、R1控制。逆程回路的阻抗同樣應(yīng)滿足吸收回路逆程時(shí)間的需要，調(diào)整L1、R1的大小可控制輸出功率大小，當(dāng)R1減少到0 時(shí)，該電路達(dá)到最大可能輸出電流和最大輸出功率。

　　●輸出電壓基本上可由齊納門檻電壓任意設(shè)定，需注意齊納二極管的功率匹配。RCD鉗位能量回收電路

　　●12V1KW副邊全波整流原3.5WRC 吸收能量用RCD鉗位吸收回收為3W24V風(fēng)扇電源的電路。?RCD鉗位吸收回收電路輸出電壓與鉗位電壓有關(guān)，可控制范圍有限。?如果回收電源負(fù)載不能確定，需要確保在任意負(fù)載狀態(tài)下吸收狀態(tài)不變，不影響主電路。注意回收電路的接地，避免成為共模干擾源。?調(diào)整R1，嚴(yán)格控制吸收程度，確保鉗位工況。

　　測(cè)量紋波時(shí)候，需要注意的是：要清楚紋波的帶寬上限，紋波為低頻噪聲，所以一般使用不超過紋波帶寬上限太多的示波器。

　　在測(cè)量時(shí)，要先打開示波器的帶寬限制功能，把帶寬限制在20MHz，

　　直接用探頭的屏蔽地和輸出地連接，減少因地線過長(zhǎng)產(chǎn)生的環(huán)路干擾。

　　在探頭接入點(diǎn)的位置并聯(lián)一個(gè)較小的瓷片電容和一個(gè)小電解電容，濾除外界干擾信號(hào)防止進(jìn)入示波器。

　　四、紋波的抑制方法

　　電源輸出紋波主要來源于五個(gè)方面：低頻輸入紋波、高頻紋波、寄生參數(shù)引起的共模紋波噪聲、閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲。

　　抑制這些紋波的通常方法是：加大濾波電路中電容容量、采用LC濾波電路、采用多級(jí)濾波電路、以線性電源代替開關(guān)電源、合理布線等。但根據(jù)它的分類，有針對(duì)性的采取措施往往會(huì)取得事半功倍的效果。

　　1、高頻紋波的抑制

　　高頻紋波噪聲多來源于高頻功率變換電路。在高頻功率變換電路中，輸入直流電壓通過高頻功率器件進(jìn)行變換后進(jìn)行整流濾波而實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)壓輸出中，一般會(huì)含有與開關(guān)工作頻率相同頻率的高頻紋波，其對(duì)外電路的影響大小主要和開關(guān)電源的變換頻率、輸出濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，設(shè)計(jì)中盡量提高功率變換器的工作頻率，可以減少對(duì)高頻開關(guān)紋波的濾波要求。

　　2、低頻紋波的抑制

　　低頻紋波的大小與輸出電路中的濾波電容大小有關(guān)。電容的容量不能無限制地增加，不可避免的會(huì)造成輸出低頻紋波的殘留。交流紋波經(jīng)過DC/DC變換電路進(jìn)行衰減后輸出，屬于低頻噪聲范圍，其大小由控制系統(tǒng)的增益和DC/DC變換電路決定。由于電流型和電壓型控制DC/DC變換電路的紋波抑制能力相對(duì)均不高且他們的輸出端低頻交流紋波較大。所以必須對(duì)低頻電源紋波采取濾波措施實(shí)現(xiàn)電源的低紋波輸出。

　　有的電源來說，可增大DC/DC變換器閉環(huán)增益電路和采用前級(jí)預(yù)穩(wěn)壓電路可以增強(qiáng)紋波的抑制效果、可以通過改變整流濾波器的電容量以及調(diào)節(jié)反饋回路的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻紋波的抑制。

　　3、共模紋波的抑制

　　共模紋波噪聲一般出現(xiàn)在開關(guān)電源，當(dāng)開關(guān)電源的矩形波電壓作用于功率器件時(shí)，與功率器件與散熱器底板和變壓器原、副邊之間的寄生電容和導(dǎo)線中存在寄生電感相互作用，產(chǎn)生共模紋波噪聲。對(duì)于共模紋波噪聲抑制的方法有：

　　1)減小控制功率器件、變壓器與機(jī)殼地之間的寄生電容，并在輸出端加共模抑制電感及電容;

　　2)利用EMI濾波器可以有效的抑制共模紋波的干擾;

　　3)降低開關(guān)毛刺幅度。

　　4、閉環(huán)控制環(huán)路紋波的抑制

　　閉環(huán)控制環(huán)路紋波的產(chǎn)生原因一般是環(huán)路中的參數(shù)設(shè)置不適當(dāng)，當(dāng)輸出端存在一定波動(dòng)時(shí)，反饋網(wǎng)絡(luò)把輸出端的波動(dòng)電壓反饋到調(diào)節(jié)器回路，致使調(diào)節(jié)器產(chǎn)生自激響應(yīng)，從而產(chǎn)生附加紋波。

　　抑制方法主要有：抑制調(diào)節(jié)器自激響應(yīng)、合理選擇環(huán)路的放大倍數(shù)、調(diào)節(jié)器穩(wěn)定性、電源輸出端接LDO濾波，這是減少紋波和噪聲最有效的方法