RC 吸收電路阻容參數選取方法的研究及應用

趙 燕 王藝橙

（珠海市理工職業技術學校 珠海 519100）

引言

在帶有變壓器的開關電源開斷過程中，開關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，關斷時會出現過電壓現象并產生振蕩，振蕩的存在會增大電路輸出波紋，從而產生尖峰輻射，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 相關參數的選取方法，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品電磁輻射問題提供一定的指導。

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換為直流電信號，廣泛應用于電源電路、音頻放大器等電路中。整流電路利用二極管的單向導電性將交流電變換成脈動的直流電。在二極管導通或關斷時，其兩端的漏感電壓尖峰很大，產生的關斷損耗及電磁輻射也很大，嚴重時可能會燒壞二極管，因此，必須給開關管加上吸收電路。當開關管關斷的瞬間，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，一部分電流將繼續通過要關斷的二極管，另一部分經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，從而降低導通或關斷二極管產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吸收電路來改善整個電路的性能。

如圖1，吸收電路由串聯的電阻和電容組成，其作用是將整流后的脈動直流電濾波，減少二極管導通或關斷時產生的損耗、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，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，防止二極管導通或關斷時產生極大的電流變化率di/dt，從而引起電路產生尖峰輻射。當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，同時應選擇合適的電阻阻值，來提供對于振蕩幅度的關鍵性衰減。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，導致Z 值偏移，吸收效果不好，或者根據C 值再微調R。利用阻尼振蕩公式推算：

電容放電時間常數為：

當出現電磁輻射問題時，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生的能量，即增大泄放回路的電阻。那么可根據電容放電時間常數（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，應盡量選取較大阻容的參數，但是元器件的參數越大，損耗越大，系統效率就會越低。且在通常情況下，當二極管兩端電壓的漏感尖峰電壓在其端壓峰值的30 %以內就可以滿足要求，因此，RC 吸收電路中的阻容參數的選取就至關重要。

3 案例分析

3.1 問題描述

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

圖2 整改前端子騷擾電壓測試結果

3.2 整改驗證

本次整改方案采用調整RC 吸收電路參數的方法。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。根據前文介紹的方法，將R10（36 Ω）調整為R10（100 Ω），以提高RC吸收電路“阻尼”消耗電路中產生的能量。

圖3 開關電源部分電路

當二極管導通或關斷時，RC 吸收電路對漏感電壓和寄生電容產生的寄生振蕩進行衰減。根據電容放電時間常數τ=RC，電阻由36 Ω 改為100 Ω，放電時間常數增大2.78 倍。電容的放電常數越大，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后，端子騷擾電壓測試在541 kHz 時，測試結果為-7.64 dB（如圖4），測試裕量比較充足，從實驗中我們發現改變RC 吸收電路的參數達到了預期的效果。

圖4 整改后端子騷擾電壓測試結果

4 總結

針對整流二極管導通和關斷時產生的尖峰電流和極快的電流變化率di/dt 而導致二極管損耗及電磁輻射問題，研究整流二極管并聯的吸收回路得出的結論總結如下：

1）整流電路中并聯緩沖電路由電阻和電容串聯組成，其作用是衰減寄生振蕩和尖峰電壓或電流、降低二極管導通或關斷產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。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，從而解決產品的電磁輻射問題。

3）RC 吸收電路的參數采用調整電容以此衰減振蕩頻率的方式確定電容值，并根據LC 諧振在臨界阻尼時沒有尖峰存在而選擇電阻值。此外，當電容未進行調制時，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生的能量。根據電容放電時間常數計算可知，增大電阻，放電常數越大，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效率出發，元器件參數越大，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、電源等環境因素的影響。因此對于未來RC 吸收電路技術的研究需要向更廣帶寬和更高頻率響應的方面進行開展。