反激開(kāi)關(guān)電源因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、成本低廉，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域。然而，次級(jí)整流二極管在開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的振鈴現(xiàn)象，不僅會(huì)導(dǎo)致電磁干擾(EMI)超標(biāo)，還會(huì)加劇二極管的電壓應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)器件損壞，影響電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。RC 吸收網(wǎng)絡(luò)作為一種低成本、易實(shí)現(xiàn)的無(wú)源緩沖方案，能夠有效抑制次級(jí)二極管振鈴，成為電源設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)手段。本文將深入分析振鈴產(chǎn)生的機(jī)理，系統(tǒng)介紹 RC 吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方法與工程應(yīng)用要點(diǎn)。

反激開(kāi)關(guān)電源次級(jí)二極管振鈴的產(chǎn)生機(jī)理

反激開(kāi)關(guān)電源的次級(jí)整流二極管在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，其兩端電壓和電流會(huì)發(fā)生快速變化。當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，變壓器次級(jí)繞組釋放儲(chǔ)存的能量，二極管由截止?fàn)顟B(tài)迅速轉(zhuǎn)為導(dǎo)通;而當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，二極管則快速截止。這一過(guò)程中，振鈴現(xiàn)象的產(chǎn)生主要源于以下兩個(gè)方面：

一方面，電路中存在分布參數(shù)與寄生參數(shù)。變壓器次級(jí)繞組的漏感、二極管的結(jié)電容以及 PCB 布線的寄生電感、電容等，會(huì)構(gòu)成一個(gè)固有振蕩回路。當(dāng)二極管狀態(tài)突變時(shí)，回路中的能量會(huì)在電感和電容之間反復(fù)交換，形成阻尼振蕩，表現(xiàn)為二極管兩端的電壓尖峰與高頻振蕩。另一方面，二極管的反向恢復(fù)特性也是重要誘因?？焖倩謴?fù)二極管或肖特基二極管在反向恢復(fù)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生反向恢復(fù)電流，該電流與電路中的電感相互作用，進(jìn)一步加劇電壓振蕩，形成更為明顯的振鈴。

振鈴帶來(lái)的危害不容忽視。高頻振鈴會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射，導(dǎo)致電源的 EMI 測(cè)試難以通過(guò);同時(shí)，振鈴產(chǎn)生的電壓尖峰可能超過(guò)二極管的最大反向擊穿電壓，縮短器件壽命，甚至直接導(dǎo)致二極管燒毀，影響電源系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

RC 吸收網(wǎng)絡(luò)的抑制原理與電路拓?fù)?

RC 吸收網(wǎng)絡(luò)通過(guò)電阻的阻尼作用和電容的儲(chǔ)能作用，消耗振蕩回路中的能量，從而抑制振鈴現(xiàn)象。其核心原理是：電容能夠吸收電壓尖峰，減緩電壓變化率;電阻則可以消耗振蕩過(guò)程中的能量，阻尼振蕩，避免能量在電感和電容之間反復(fù)積累。

在反激開(kāi)關(guān)電源中，RC 吸收網(wǎng)絡(luò)的常見(jiàn)拓?fù)渲饕袃煞N：并聯(lián)型和串聯(lián)型。并聯(lián)型拓?fù)涫菍?RC 串聯(lián)電路直接并聯(lián)在次級(jí)整流二極管的兩端，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抑制效果直接，是最常用的方案。串聯(lián)型拓?fù)鋭t是將 RC 電路與二極管串聯(lián)，主要用于抑制電流變化帶來(lái)的振蕩，但實(shí)際應(yīng)用中不如并聯(lián)型廣泛。此外，還可以采用 RC-D 鉗位電路等改進(jìn)拓?fù)?，進(jìn)一步提升對(duì)高壓尖峰的抑制能力，適用于輸出電壓較高的場(chǎng)景。

RC 吸收網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法

RC 吸收網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)計(jì)直接影響振鈴抑制效果，需結(jié)合電路特性進(jìn)行精準(zhǔn)匹配，關(guān)鍵在于確定合適的電容值(C)和電阻值(R)。

電容值的選擇主要依據(jù)電壓尖峰的幅度和電路的等效電感。電容應(yīng)能有效吸收電壓尖峰的能量，一般可根據(jù)公式 C = k×(L×I2)/(ΔU2) 進(jìn)行估算，其中 k 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)(通常取 0.5-1)，L 為電路等效電感，I 為峰值電流，ΔU 為允許的電壓尖峰幅度。實(shí)際設(shè)計(jì)中，電容值通常在幾百皮法到幾千皮法之間，需注意選擇高頻特性好的電容，如陶瓷電容或聚脂電容，避免電容本身的寄生參數(shù)影響抑制效果。

電阻值的選擇需兼顧阻尼效果和功率損耗。電阻過(guò)大，阻尼作用不足，無(wú)法有效抑制振蕩;電阻過(guò)小，雖然阻尼效果增強(qiáng)，但功率損耗會(huì)顯著增加，降低電源效率。通?？筛鶕?jù)電路的諧振頻率來(lái)確定電阻值，理想情況下電阻值應(yīng)滿(mǎn)足 R = 2√(L/C)，使電路處于臨界阻尼狀態(tài)，此時(shí)振蕩抑制效果最佳，同時(shí)功率損耗相對(duì)較小。實(shí)際應(yīng)用中，電阻功率需根據(jù)消耗的功率進(jìn)行選擇，一般采用 1/4W 或 1/2W 的金屬膜電阻即可。

此外，參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，還需通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整?？赏ㄟ^(guò)示波器觀測(cè)二極管兩端的電壓波形，根據(jù)振鈴的抑制情況微調(diào) RC 參數(shù)，直至達(dá)到理想的抑制效果，同時(shí)確保電源效率不會(huì)因 RC 網(wǎng)絡(luò)的引入而過(guò)度下降。

工程應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

在實(shí)際工程應(yīng)用中，除了合理設(shè)計(jì) RC 參數(shù)，還需注意以下要點(diǎn)，以確保 RC 吸收網(wǎng)絡(luò)的性能充分發(fā)揮：

首先，PCB 布局對(duì)抑制效果至關(guān)重要。RC 吸收網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡量靠近次級(jí)整流二極管布置，縮短布線長(zhǎng)度，減少寄生電感和電容的引入。同時(shí)，RC 電路的接地線應(yīng)采用短而粗的導(dǎo)線，避免形成額外的振蕩回路。其次，需考慮溫度對(duì) RC 參數(shù)的影響。電阻和電容的參數(shù)會(huì)隨溫度變化而發(fā)生漂移，尤其是在高溫環(huán)境下工作的電源，應(yīng)選擇溫漂系數(shù)小的器件，確保 RC 網(wǎng)絡(luò)在全溫度范圍內(nèi)都能穩(wěn)定工作。

另外，需避免過(guò)度設(shè)計(jì)。過(guò)大的電容或過(guò)小的電阻雖然能更好地抑制振鈴，但會(huì)增加電源的損耗，降低轉(zhuǎn)換效率。應(yīng)在振鈴抑制效果和電源效率之間尋求平衡，根據(jù)實(shí)際需求確定最優(yōu)參數(shù)。最后，對(duì)于一些特殊場(chǎng)景，如高頻率、高輸出電壓的反激電源，可結(jié)合其他抑制手段，如采用軟恢復(fù)二極管、優(yōu)化變壓器繞制工藝等，與 RC 吸收網(wǎng)絡(luò)配合使用，實(shí)現(xiàn)更全面的振鈴抑制。

結(jié)論

次級(jí)整流二極管的振鈴問(wèn)題是反激開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)難題，而 RC 吸收網(wǎng)絡(luò)憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、抑制效果顯著的優(yōu)勢(shì)，成為解決該問(wèn)題的有效方案。通過(guò)深入理解振鈴產(chǎn)生的機(jī)理，合理選擇 RC 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，精?zhǔn)設(shè)計(jì)參數(shù)，并注重工程應(yīng)用中的布局和器件選型，能夠有效抑制振鈴現(xiàn)象，降低 EMI 干擾，提升電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，需結(jié)合具體電路特性進(jìn)行針對(duì)性?xún)?yōu)化，兼顧抑制效果與電源效率，確保電源產(chǎn)品滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。隨著反激開(kāi)關(guān)電源向高頻化、小型化方向發(fā)展，RC 吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)將更加注重精細(xì)化和集成化，為電源性能的提升提供有力支撐。