RC 吸收电路阻容参数选取方法的研究及应用

赵 燕 王艺橙

（珠海市理工职业技术学校 珠海 519100）

引言

在带有变压器的开关电源开断过程中，开关损耗主要来自电压和电流的交叠部分。同时，由于电路中的杂散电感和杂散电容的存在，关断时会出现过电压现象并产生振荡，振荡的存在会增大电路输出波纹，从而产生尖峰辐射，辐射源的强度直接受电流波形的上升率的影响。如果可以减缓二极管的电流上升率，就可以降低辐射源的干扰强度，从而从源头上解决产品的电磁辐射问题。

针对上述问题，本文首先简要分析了整流二极管及其RC 吸收电路的作用机制，接着阐述了吸收电路RC 相关参数的选取方法，最后通过整改案例进行了简单验证，旨在为从源头上解决电器产品电磁辐射问题提供一定的指导。

1 整流二极管RC 吸收电路的介绍

整流二极管RC 吸收电路由一个二极管、电阻和电容组成，通常用于将交流电信号转换为直流电信号，广泛应用于电源电路、音频放大器等电路中。整流电路利用二极管的单向导电性将交流电变换成脉动的直流电。在二极管导通或关断时，其两端的漏感电压尖峰很大，产生的关断损耗及电磁辐射也很大，严重时可能会烧坏二极管，因此，必须给开关管加上吸收电路。当开关管关断的瞬间，通过的电流开始下降，而变压器的漏感会阻止这一部分电流的减小，一部分电流将继续通过要关断的二极管，另一部分经过吸收电路对电容充电。整流电路的干路电流一部分流进电容，从而降低导通或关断二极管产生的损耗和尖峰电压或电流、减缓振荡引起的电磁辐射强度及平滑输出波纹。因此，在二极管两端需并联吸收电路来改善整个电路的性能。

如图1，吸收电路由串联的电阻和电容组成，其作用是将整流后的脉动直流电滤波，减少二极管导通或关断时产生的损耗、降低尖峰电压或电流以及降低dv/dt 或di/dt，使其趋于平滑以及衰减寄生振荡。辐射源的强度与电流或电压波形的变化率直接相关，如果可以降低二极管的电流或电压变化率，就可以降低电磁辐射的强度。因此，在整流二极管上并联合理的阻容吸收电路起着不可或缺的作用。

图1 整流二极管RC 吸收电路

2 吸收电路RC 参数的选取方法

由于变压器的寄生电感和二极管的寄生电容的存在，次级整流端需在二极管两端跨接一个RC 减振器，目的在于对次级总线上的寄生振荡进行衰减，防止二极管导通或关断时产生极大的电流变化率di/dt，从而引起电路产生尖峰辐射。当RC 吸收电路置于二极管两端时，所选择的电容器可以使振荡频率f 降至原来的50 %的作用，由此，漏电感Lsl和寄生电容Cp可通过等式（1）和（2）解出：

寄生电容Cp=C/3，漏电感Lsl=3/（4π2f02C）。

在等式（2）中，电容C 是用于降低振荡频率的电容器，同时应选择合适的电阻阻值，来提供对于振荡幅度的关键性衰减。在RC 吸收回路中，电阻等于特征阻抗（），即R=Z，此时LC 谐振在临界阻尼，刚好没有尖峰现象。

电容值C 取Cp的5～10 倍即可，电容的容量选择足够大，以免影响回路的分布电容，导致Z 值偏移，吸收效果不好，或者根据C 值再微调R。利用阻尼振荡公式推算：

电容放电时间常数为：

当出现电磁辐射问题时，若电容值已固定，无法从降低振荡频率这一方法来对振荡幅值进行衰减。解决的办法就是在电路中增大“阻尼”以此来消耗电路中产生的能量，即增大泄放回路的电阻。那么可根据电容放电时间常数（公式（4））得到，R 的存在让电容在放电时速度变慢，具有平缓尖峰电流的作用。当电容的电压和电源的电压同时达到最高值，同时电源电压低于当前电容所充电压值时，从而电容通过电阻放电。电容的放电常数越大，放电越慢，输出电压越高，脉动成分就越少，因此滤波效果越好。

理论上为了充分降低二极管两端的漏感尖峰电压，应尽量选取较大阻容的参数，但是元器件的参数越大，损耗越大，系统效率就会越低。且在通常情况下，当二极管两端电压的漏感尖峰电压在其端压峰值的30 %以内就可以满足要求，因此，RC 吸收电路中的阻容参数的选取就至关重要。

3 案例分析

3.1 问题描述

某家电产品电磁兼容测试时端子骚扰电压在558 kHz 时测试结果接近标准限值（如图2），存在不合格隐患，需要进一步优化以提高测试裕量。

图2 整改前端子骚扰电压测试结果

3.2 整改验证

本次整改方案采用调整RC 吸收电路参数的方法。如图3 所示电路中，D3 为变压器次级整流二极管，R10 和C6 组成RC 吸收电路。根据前文介绍的方法，将R10（36 Ω）调整为R10（100 Ω），以提高RC吸收电路“阻尼”消耗电路中产生的能量。

图3 开关电源部分电路

当二极管导通或关断时，RC 吸收电路对漏感电压和寄生电容产生的寄生振荡进行衰减。根据电容放电时间常数τ=RC，电阻由36 Ω 改为100 Ω，放电时间常数增大2.78 倍。电容的放电常数越大，放电越慢，输出电压越高，脉动成分就越少，有利于减低尖峰电压和降低dv/dt 或di/dt，因此平滑尖峰电压或电流效果越好，从而达到降低端子骚扰电压的目标。

增大RC 吸收电路的电阻参数后，端子骚扰电压测试在541 kHz 时，测试结果为-7.64 dB（如图4），测试裕量比较充足，从实验中我们发现改变RC 吸收电路的参数达到了预期的效果。

图4 整改后端子骚扰电压测试结果

4 总结

针对整流二极管导通和关断时产生的尖峰电流和极快的电流变化率di/dt 而导致二极管损耗及电磁辐射问题，研究整流二极管并联的吸收回路得出的结论总结如下：

1）整流电路中并联缓冲电路由电阻和电容串联组成，其作用是衰减寄生振荡和尖峰电压或电流、降低二极管导通或关断产生的损耗以及降低电压变化率dv/dt 或电流变化率di/dt。

2）电磁辐射是由电流变化率di/dt 引起的，而且辐射源的强度与电流的波形变化率直接相关。因此降低二极管的电流上升率，就可以降低辐射源的干扰强度，从而解决产品的电磁辐射问题。

3）RC 吸收电路的参数采用调整电容以此衰减振荡频率的方式确定电容值，并根据LC 谐振在临界阻尼时没有尖峰存在而选择电阻值。此外，当电容未进行调制时，为对振荡幅值进行衰减，还可以采用在电路中增大“阻尼”以此来消耗电路中产生的能量。根据电容放电时间常数计算可知，增大电阻，放电常数越大，放电越慢，有利于降低尖峰电压和降低dv/dt 或di/dt，衰减电磁辐射强度。但需要注意的是从系统效率出发，元器件参数越大，损耗越大，效率越低。

同时需要指出的是，RC 吸收电路的带宽较窄，对于高频干扰信号的抑制能力不足，抑制效果也容易受到温度变化、电源等环境因素的影响。因此对于未来RC 吸收电路技术的研究需要向更广带宽和更高频率响应的方面进行开展。