RC缓冲电路snubber设计原理

RC缓冲电路snubber设计原理

RC 缓冲snubber 设计

Snubber 用在开关之间，图4 显示了RC snubber 的结构图，用RC 电路可以降低管子的峰值电压及关断损耗和降低电流振铃现象。我们可以轻松选择一个snubber Rs ，Cs 网络，但是我们需要优化设计以达到更好的缓冲效果

快速snubber 设计，为了达到Cs 〉Cp ，一个比较好的选择是Cs 选择两倍大小的Cp ，也就是两倍大小的开关管寄生电容及估算出来的LAYOUT 布板电容，对于Rs ，我们选择的标准是Rs=Eo/Io ，这表示通过电流流向Rs 的所产生的电压不能比输出电压还大。消耗在Rs 上的电压大小我们可以通过储存在Cs 上的能量来估计。下式表示了储存在电容上的能量。

当电容Cs 充放电的过程中，能量在电阻Rs 上消耗，而这个过程中在一个给定的开关频率下平均的功率损耗如下所得：

因为振铃的发生，实际的功耗比上式要稍微大一些。

如下将用实例来演示一遍以上的简化设计步骤，现在用IRF740 ，额定工作电流时Io=5A ，Eo=160V ，IRF740 的Coss=170pF ，布板寄生电容大概40pF ，两倍Cp 值大概420pF 左右，我们选择一个500V 的mike snubber 电容，标准的容值有390 和470pF ，我们选择比价接近的390pF ，

Rs=Eo/Io=32W ，开关频率fs 设为100kHz 的话，Pdiss 大概为1W 左右，选择一个寄生电感非常小的 2 W 的碳膜电阻作为Rs 。

如果这种简化而实际有效的设计方法还不能有效减小峰值电压，那么我们可以增加Cs ，或则使用如下的优化设计方法。

优化的RC 滤波器设计

在一些情况下必须降低峰值电压及功率损耗很严重，我们可以借鉴以下的优化snubber 设计方法，以下是W.McMurray 博士在一篇文章提出的经典的Rcsnubber 优化设计方法，如下讨论其精粹的设计步骤。

在以下讨论中我们需要如下表的定义：

在设计过程中Io ，Eo 和Lp 需要事先知道，一个合理的峰值电压E1 也是必须的，这直接用来决定Rs 和Cs 的大小，图 5 显示了E1/E0 与z 在不同的c 下的关系，图中的一个关键点是我们在一个给定的 c (c a 1/ Cs) 下可以得到一个最优化的z ( z a R s ) ，这一值让我们得到最优的设计，最低的峰值电压。另外一个重要点是Cs 的大小决定了峰值电压的大小，如果要得到一个更低的峰值电压，我们就必须提高Cs 的大小，这也意味着我们峰值电压的减小意味着功率损耗的增大。

对于一个如图6 给定的图形来说，RC 缓冲器设计非常简单，如下是设计的主要步骤：

1．决定Io ，Eo 和Lp 大小。

2．选择最大的峰值电压值

3．计算E1 /Eo

4．从图形中得到z 和c

对给定的z ， c 计算R s 和 C s

如下是一个实际的例子，如果Io=5A ，Eo=300V ，Lp=1uH ，E1=400V ，那么E1/Eo=1.33 ，按照图 6 虚线和圆圈标示，c o = 0.65 ，z o= 8 ，我们可以用下式来计算R s 和 C s ：

选择标准的电容C s = 680pF ，标准电阻R s = 62 Ohms

上图5 和图 6 并没有考虑开关并联电容和暂态时间的影响，在通常情况下，理想的Rs 将小于计算值，更为精确的优化设计需要spice 的仿真。

图7 显示了使用IRF840 的Rs 优化设计，理想的设计值为Rs=51W ，

E1=363V 。Rs=39 和62W ，E1 将更大，因为并联在开关管上电容影响，最终的峰值电压将小于400V ，如果E1 允许超过400V ，那么Cs 的值还可以减小，这样可以降低损耗。

决定Lp

Eo 和Io 直接从电路中得到，E1 的值是在开关的额定工作电压即功率元件降额上取得平衡。我们必须选择最大的峰值电压来取，所有这些等式都简单明了，但是Lp 是由LAYOUT 的电路特性决定，不容易计算得到，我们可以通过测量一个振铃周期T1 ，在加上并在开关管上的测试电容Ctest 和重新测试的周期T2 ，Lp 可以用下式计算得到：

通常Ctest 大约是开关电容的两倍。

RC snubber 网络在小中功率电源应用中非常有用，但是在上千功率段，snubber 上的损耗过大，我们就需要考虑其他形式的拓扑结构，RC 滤波器也可以在高功率下作为一个备用方案来选择，主要用来抑制高频振铃，而伴随的能量不是很高的情况。