精华内容
下载资源
问答
  • RC吸收电路的设计

    万次阅读 多人点赞 2019-02-17 16:52:55
    PWM DC/DC变换器中吸收电路的主要作用如下: 将开关管的电压、电流功耗限制在安全工作区域(SOA)以内。 保证开关管在开、关过程中du/dt、di/dt足够小,限制开关管上的电压或电流峰值,从而保证开关管正确可靠地...

    PWM  DC/DC变换器中吸收电路的主要作用如下:

    • 将开关管的电压、电流和功耗限制在安全工作区域(SOA)以内。
    • 保证开关管在开、关过程中du/dt、di/dt足够小,限制开关管上的电压或电流峰值,从而保证开关管正确可靠地运行;并降低EMI的水平。
    • 限制开关功耗,并将它转移,使开关管器件的结温不超过规定值。
    • 使PWM  DC/DC变换器中的二极管开关过程减慢,其正向恢复电压或反向恢复电流不影响功率开关管的安全运行。

    传统RC吸收电路一直是为防止双极型功率晶体管二次击穿所采用的方法。在控制快恢复整流管的dv/dt以减少EMI辐射方面也很有用。它的设计很重要,因为设计得不合适,会使吸收电路有很大损耗。然而吸收电路的设计主要还是靠经验而不是理论计算,这是由于需要吸收电路去改善的波形主要是由电路中存在的寄生元件引起的。吸收电路应该在电路实际搭建好以后才设计,即从已确定的印制电路板、变压器、功率开关以及整流器的参数来构建吸收电路雏形,这样寄生参数就很接近实际情况。RC吸收电路如下图所示:

    RC吸收电路的经验设计步骤如下:

    1、测量未接吸收电路时振荡信号周期1/fo。

    2、将高频电容(陶瓷或薄膜)跨接在变压器一次绕组、整流管或要吸收的器件上。确定电容的值使振荡周期是原来周期的三倍(Co)。

    3、与电容串联的电阻值大约是 R = 1 / (2*π*fo*Co)

    有很多R和C的组合可以产生满意的波形,但上述R和C的值应该产生最少损耗和最有效的值。如果要改变这些值,越大的电阻和越小的电容产生越小的损耗。

    MOS管的RC吸收

    下图是最常用的RC缓冲电路及仅采用该电路时的SW点波形。该电路可以减小乃至消除寄生电感L2和VQ2体二极管反向恢复等效电容之间的谐振。缓冲电容C的值必须大于反向恢复等效电容的值,但又不能选择太大,否则会使R上损耗增加。

    无吸收电路、电容吸收、RC吸收对应波形的比较:

    展开全文
  • 开关电源RC吸收电路的分析

    千次阅读 2020-03-06 15:37:37
    一、问题背景 ...我们知道,肖特基二极管的最大的作用就是防止变压器初级线圈的瞬态反向脉冲通过次级线圈对后级电路造成冲击,如果在芯片启动之后,后级肖特基二极管因为无法承受反向冲击脉冲而造成短...

    一、问题背景

     

    我们常用的AC-DC开关电源中,由于初级线圈的漏感而再次级线圈上产生的瞬间反向脉冲是非常严重的。如下图图1,这是用MPS公司的MP020-5芯片搭建的AC-DC电路,这里测的是次级部分肖特基二极管两端的波形。我们知道,肖特基二极管的最大的作用就是防止变压器初级线圈的瞬态反向脉冲通过次级线圈对后级电路造成冲击,如果在芯片启动之后,后级肖特基二极管因为无法承受反向冲击脉冲而造成短路,那么开关电源芯片会被瞬间击穿。这里我是用的变压器初级次级比值为1:3,而我们一般的反向瞬间脉冲约为700~1000V,甚至更多,我们根实际测得的波形可以看出,次级线圈的最大反向脉冲电压为224V左右。我们在很多的AC-DC电源方案中都可以看到肖特基二极管并联一个RC电路,但是我们不知道这两个元器件的值怎么去选,因为实际的设计中,我们不一定会按照方案中要求去选用一模一样的变压器,就比如MPS020-5推荐的变压器匝数比为1:11,但是考虑到实际变压器的体积,我们改为1:3,那么这个匝数比的改变会导致次级反向瞬间脉冲的不同,那么对于肖特基二极管的反向承受电压就有一个严格的要求。那么如何能让RC真正的起到作用而减少肖特基二极管的成本,或者说这个RC到底起一个什么作用。本文以实验的角度和大家一起讨论这个问题。

     

     

    附:MP020-5开关电源原理图

     

     

    二、分析问题

     

    从系统控制理论的角度出发,我们将这个次级的电路进行模型化,如图2和图3。

     

     

     

     

    这里由于电容具有开关电源开启瞬间短路的性质,所以R12和R15的后级都被短路了,等效电容C0为E3、E5电容并联再与C2串联。而电容串联的计算是等效为电阻并联的计算,即串联的电容越小,等效电容越小,所以我们直接按最小的电容C2进行计算,即等效电容C0为1.2nF,电感为变压器的次级线圈,电阻R8(等效电阻为R0)为我们需要测定的值。

     

    根据基尔霍夫电压定律写出RLC串联谐振的微分方程,再进行拉普拉斯变化可以看出,这个模型我们可以发现这是一个RLC串联谐振电路,在控制系统中这是一个典型的二阶系统,具体的公式推导见图4和图5。

     

     

     

     

    这是一个典型的二阶连续系统,我们再次审视这个波形图图6可以发现,这是一个瞬态响应图像。瞬态响应即在开关电源开启的瞬间产生的响应。

     

     

    二阶系统下,瞬态响应主要表现为三种状态:欠阻尼、临界阻尼、过阻尼。

    欠阻尼响应的曲线图图7

     

     

    欠阻尼由于阻尼不够,系统在响应瞬间会超过稳态值,然后慢慢的通过振荡来跌落到稳态值,上图的曲线表现出来的就是欠阻尼的状态。也就是说,我们的电压本来应该达不到224V,但是在一个惯性的作用下,系统在达到了稳定值之后超过了稳定值,达到了一个最大值,然后慢慢落下维持在稳定值的范围内。

     

    临界阻尼响应的曲线图图8

     

     

    临界阻尼下由于阻尼刚刚够,系统在响应瞬间慢慢的上升到稳态值,不会产生惯性,我们的所需要的就是这样一种波形。

     

    RLC串联谐振的拉普拉斯变换公式推导如图图9

     

     

    我们通过电桥测得L的值为260mH,L的值为变压器次级线圈的电感值,C为1.2nF,带入求出电阻R为1658Ω。

     

    三、测试验证

     

    根据得到的理论值可以得到在1658欧姆左右可以达到临界阻尼,由于实际中手边没有1658欧姆的电阻,最大只有357欧姆,而焊盘只够放两个电阻串联,所以我将两个357欧姆的电阻串联得到714欧姆的电阻,然后将电路进行测试,下图为测得的波形图图10。

     

    可以看出系统在响应瞬间就很快的达到了稳态,而之前出现的欠阻尼的冲击脉冲也被消除了,而反向电压也被钳制在-156V,当然了这个阻值不能太大,在达到一定的值之后,系统会越过临界阻尼,这个电阻的选值是一个范围。另外还有一个就是这里的电容也要尽量的小,在nF级,如果太大会造成芯片爆炸。总的来说,在确定好RC的值之后,我们可以有效的抑制次级反向脉冲由于惯性对肖特基二极管造成的更大的电压冲击。这样做的好处可以让我们理解RC存在的理由,当然还可以节约物料成本。之前使用的物料为SS320肖特基二极管,反向承受电压为200V,经常爆板,后来使用了ES3G,反向承受电压为400V,虽然可以用但是物料比较贵。通过这种简单的办法可以更好的节约成本。

     

     

     

    ‧  END  

    展开全文
  • 反激电源的次级整流二极管RC吸收电路设计,讲解了Flyback的次级侧整流二极管的RC尖峰吸收问题,并总结此类尖峰问题上如何使用RCD吸收会更加高效、合理
  •  整流二极管电压波形(RC吸收)  整流二极管电压波形(RCD吸收)  从这两张仿真图看来,其吸收效果相当,如不考虑二极管开通时高压降,可以认为吸收已经完全。  试验过后,你应该会很惊喜,二极管可以采用...
  • RLC振荡原理RC Snubber吸收电路

    千次阅读 2021-02-15 15:26:50
    RLC阻尼振荡在平时的电路设计中经常遇到,尤其是与各种电源场合相关的波形振荡、RC Snubber吸收电路等,其背后的本质都是RLC二阶电路动态响应过程的阻尼振荡。 1. RLC振荡原理 常见的串联RLC并联RLC电路,其原理...

    RLC阻尼振荡在平时的电路设计中经常遇到,尤其是与各种电源场合相关的波形振荡、RC Snubber吸收电路等,其背后的本质都是RLC二阶电路动态响应过程的阻尼振荡。

    1. RLC振荡原理

    常见的串联RLC和并联RLC电路,其原理类似相通,本文以串联RLC为例进行说明,但并不进行公式推导,而是从结论出发,与实际电路情况进行对应说明。

    1.1 零输入响应

    零输入响应的RLC电路如图1所示,初始条件为电容电压UC等于U0,电感电流I等于0,然后开关从左往右拨,根据电路参数的不同,零输入响应有四种情况:
    在这里插入图片描述
    图1
    1)过阻尼,R>2 L / C \sqrt {L/C} L/C ,电路中的电流在放电过程中永不改变方向,电容在全部时间内一直在非振荡放电,对应波形示意如图2所示;
    在这里插入图片描述
    图2

    1. 临界阻尼,R=2 L / C \sqrt {L/C} L/C ,电容非振荡放电,波形与过阻尼类似,如图2所示;

    3)欠阻尼,R<2 L / C \sqrt {L/C} L/C ,电容电压在零值附近做衰减振荡放电,电流也在零值附近做衰减振荡,对应波形示意如图3所示。
    这三种有阻尼的情况下,振荡角频率为
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    图3
    4)无阻尼,R=0,电容电压按正弦规律做等幅振荡,振荡角频率为1/ L C \sqrt {LC} LC ,对应波形示意如图4所示,现实情况中阻尼R不可能为0,所以不存在这种现象。
    在这里插入图片描述

    1.2 零状态响应

    零状态响应的RLC电路如图5所示,初始条件为电容电压UC和电感电流I均等于0,然后输入激励。与零输入响应类似,零状态响应也有四种情况:
    在这里插入图片描述
    图5
    1)过阻尼,R>2 L / C \sqrt {L/C} L/C ,电路中的电流在充电过程中永不改变方向,电容在全部时间内一直在非振荡充电,对应波形示意如图6所示;
    在这里插入图片描述
    图6
    2)临界阻尼,R=2 L / C \sqrt {L/C} L/C ,电容非振荡充电,波形与过阻尼类似如图6所示;
    (3)欠阻尼,R<2 L / C \sqrt {L/C} L/C ,电容电压在电源电压值U0附近做衰减振荡充电,但是不会超过电源电压的2倍,电流在零值附近做衰减振荡,对应波形如图7所示。这三种有阻尼的情况下,振荡角频率为
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    图7
    (4)无阻尼,R=0,电容电压围绕着电源电压值U0按正弦规律在0~2倍的电源电压大小之间做等幅振荡,电流围绕零值附近做等幅的正弦振荡,振荡角频率为1/ L C \sqrt {LC} LC ,对应波形示意如图8所示,现实情况中阻尼不可能为0,不存在这种现象。
    在这里插入图片描述
    图8

    2. RLC振荡通俗解释

    上述的阻尼结论是通过数学公式推导得出,波形是通过Multisim仿真得到,但是数学公式并不能让人对波形图有直观的了解,下面将从电荷和电路角度对波形图进行通俗易懂的解释。
    我们知道电容电压是连续不能突变的,电容公式I=Cdu/dt,变换可得du=Idt/C,根据数学中的导数知识可得,连续函数在极值点的导数等于0,因此电容电压值最大时,即电压导数du=0时,Idt/C=0,可得电容电流I=0;同理,电感电流是连续不能突变的,电感公式U=Ldi/dt,电感电流最大的时候,电感电压UL=0。

    2.1 零输入响应

    从无阻尼零输入响应的波形图9开始分析,初始条件电容电压为U0,电感电流为0,由于电阻R=0,由图1电路,根据基尔霍夫电压定律可知,无论何时,电感电压UL=电容电压UC。
    在0时刻,由于电容电压为U0,两侧极板的电荷不平衡,极性为上正下负,所以电容开始放电,电路中的电流开始增加,流向为顺时针方向,如图10所示。
    直到t1时,电容放电完毕,电压UC=0,因此电感电压UL=0。根据上述电感特性,此时电路电流I最大,电容两侧极板电荷处于平衡状态。
    t1时刻虽然电容处于电荷平衡状态,但是由于电感电流不能突变,不能瞬间从最大值变为0,只能慢慢降低,这就导致电容的电荷平衡状态被打破,电容重新被充电,极性与t0时刻相反,为上负下正,直至t2时电感电流I=0,根据上述电容特性,此刻电容电压达到最大值。
    t2时刻虽然电感电流I=0,但是此时电容两侧极板的电荷又处于不平衡状态了,电容又要开始放电,只是方向与0~t1时间段内相反,为逆时针方向,后续分析与前述思路相同,不再赘述,整个过程种电容电压和电流相位正好相差90°。
    在这里插入图片描述
    图9
    在这里插入图片描述
    图10

    当电路中的阻尼电阻R≠0时,波形如图11所示,由于电阻R存在压降UR,电感电压UL就不等于电容电压UC了,而是如下关系:UC=UL+UR。
    在0时刻,电容放电,电容电压UC下降,电流I增加,电阻电压UR增加,直到t1时刻,电容电压UC和电阻电压UR相等,即UC=UR=IR时,此时电感电压UL就等于0,电流I达到最大值,I=UC/R,其小于无阻尼状态下的电流最大值。
    t1时刻电容尚未放电完毕,因此在t1~t2时间段内,电容继续放电直到t2时刻放电结束。而电感电流在t1时刻达到最大值后开始下降,但电流方向不变,到t2时,电容电压放电完毕,电感电流开始给电容充电,电容极性变为上负下正,直到t3时刻,电感电流I=0,电容电压UC达到最大值。从分析中可知,由于电阻R的存在,电感电流在电容尚未放电完毕时就已经达到最大值,电阻R越大,电流最大值I=Uc/R就越小,电流达到最大值的时刻也越早,当R>2 L / C \sqrt {L/C} L/C 时,电流与电容电压分别都在同一时刻达到0不再振荡,形成非振荡放电。
    在这里插入图片描述
    图11

    2.2 零状态响应

    零状态响应同样从无阻尼的波形图12开始分析,初始条件电容电压UC和电感电流I均为0,激励电压为U0,由于电阻R=0,由基尔霍夫电压定律得,无论何时,U0=UC+UL
    在0时刻,电容开始充电,电容UC和电流I开始增加,直到t1时刻,电容电压UC上升到U0,此时电感电压UL=0,电感电流I达到最大值。
    t1时刻后,电流I开始下降,但方向不变,电容继续充电,直到t2时刻,电流下降到0,电容电压UC达到最大值2U0。
    t2时刻后,电容开始放电,电流方向改变为相反方向,电流开始反向增大,直到t3时刻,电容电压UC下降到U0,此时UL=0,电感电流达到反向最大值。后续分析类似,不再赘述。

    在这里插入图片描述
    图12
    当电路中的阻尼电阻R≠0时,由于电阻存在压降,故U0=UR+UC+UL,波形如图13所示。
    在0时刻,电容开始充电,电容电压UC和电流I开始增加,直到t1时刻,U0=UR+UC,UL=0,电流达到最大值I=(U0-UC)/R,小于无阻尼状态下的电流最大值,此后电感电流开始下降。此时UC<U0,电容电压还未上升到U0,直到t2时刻,电感电流下降到0,电容电压达到最大值,小于无阻尼状态下的电容电压最大值。
    t2时刻后,电容开始放电,电流方向变为相反,直到t3时刻,U0=UC+UR(由于电流方向相反,此刻UR值为负数),电流达到反方向最大值,此时UC>U0,电容电压还未下降到U0。从分析中可知,电阻R越大,电流最大值I=(U0-UC)/R就越小,电流达到最大
    值的时刻也越早,电容电压所能达到的最大值也越小,当R>2 L / C \sqrt {L/C} L/C 时,电容电压在电流为0时达到的最大值接近等于U0,由于电容电压和激励源U0没有压差,无法再充放电,最终形成非振荡充电。
    在这里插入图片描述
    图13
    3. 总结
    从前述分析中可知,RLC电路能够振荡的初始条件是电容或电感处于不稳定状态,即电容有充电或者放电的条件,流过电感的电流不为0,最终稳态必然是电容不具备充放电的条件,同时电感电流为0。而振荡的初始条件在实际的电源电路中经常遇到,这也是随处可见振荡的原因.

    Buck电路RC Snubber吸收电路设计

    BUCK电源开关节点在主开关管导通,二极管(或同步开关管)关断时的电压尖峰振铃;
    还有反激开关电源漏感导致的开关节点电压尖峰振荡等等。
    上述这几种情形的本质机理都是RLC的欠阻尼振荡。

    实际电路设计中需要对RC参数进行合理选取,才能达到理想的效果。
    当然如果规格书中有推荐值的话是最好的,可以先按照规格书确定参数,然后根据实际效果再进行微调。但是我们有必要了解参数大小对实际效果的影响,才能使调试不至于盲目进行。

    以常见的BUCK电源开关节点处如图14中红圈所示,在主开关管SW导通,续流二极管D(或者MOS管)关闭时会出现类似如图15所示的尖峰振荡波形。
    由于实际电路存在寄生电感(比如走线或者器件封装等原因导致),当SW开关管导通时,等效电路如图16所示,
    L1为寄生电感,C1为续流二极管的结电容或者下侧MOS管的漏源极寄生电容,R1为走线电阻,值很小。R2和C2为RC Snubber吸收电路,虚线框内的是BUCK电路本身的滤波电感电容和负载。由于滤波电感L2取值较大,并且开关频率很高,开关管开通时间很短,所以可以近似认为流经L2大电感的电流不变。
    因此,在没有RC吸收时的电路就可以等效为串联RLC零状态响应,由于电源走线一般都比较粗短,走线电阻较小,就对电容形成了欠阻尼衰减振荡充电.

    在这里插入图片描述
    图14
    在这里插入图片描述
    图15
    在这里插入图片描述
    图16
    在并联RC吸收电路后,我们可以近似如下分析,来获悉RC参数大小对振铃抑制效果的影响:

    1. 确定电阻R2。
      首先,实际电源电路的走线都比较粗短,所以电阻R1较小,我们暂时先忽略不计;然后,先考虑只并联电阻R2,这样就形成了如图4所示的RLC并联电路(大电感L2的滤波电路形式也是这样,包括开关电源的最后一级基本都可以等效为此电路),这是控制系统中典型的二阶阻尼系统,其品质因素Q=R C / L \sqrt {C/L} C/L (串联RLC的品质因素Q为其倒数,等于(1/R) L / C \sqrt {L/C} L/C ),要想振铃峰值越小,Q值应该也越小,则R2值应该较小。但R2不能太小,假设R2趋向于0,则RC吸收就只有电容C2了,就变成了C1和C2并联,形成LC串联振荡了。因此,R2有一个相对值,TI参考文档给出的意见是,可以先理论假设(1/2) L 1 / C 1 \sqrt {L1/C1} L1/C1 ,然后再根据实际效果进行微调。
      在这里插入图片描述
    2. 确定电容C2。
      定好R2之后,暂时将其忽略不计,只考虑C2,C2和C1并联最终还是RLC串联电路,根据其品质因素(1/R) L / C \sqrt {L/C} L/C )可知,理论上电容C2越大,Q值越小,振荡的抑制效果越好,从另一个角度也很容易理解,电容越大,电压越不容易发生突变。
      但是当C2值增大到一定程度之后,对应的容抗值已经很小,其值相对R2来说已经不大,所以影响甚微。另一方面,C2越大,电源的效率会越低,因为电容C2的充放电过程会在电阻R2上形成功率损耗。
      知道了吸收电路参数对振荡抑制效果的影响后,就可以设定一个初值,然后根据实际效果进行调整,直到满意为止。
      TI的文档有提供一个方法可以参考,现分享步骤如下:
      在这里插入图片描述

    补充拓展:

    如何消除mos管的GS波形振荡

    我们测MOS管GS波形时,有时会看到下图中的这种波形,在芯片输出端是非常好的方波输出,但一旦到了MOS管的G极就出问题了,有振荡,这个振荡小的时候还能勉强过关,但是有时候振荡特别大。
    在这里插入图片描述
    这个波形中的振荡是怎么回事?有没有办法消除?
    在这里插入图片描述
    IC出来的波形正常,到C1两端的波形就有振荡了,实际上这个振荡就是R1,L1和C1三个元器件的串联振荡引起的,R1为驱动电阻,是我们外加的,L1是PCB上走线的寄生电感,C1是mos管gs的寄生电容。
    对于一个RLC串联谐振电路,其中L1和C1不消耗功率,电阻R1起到阻值振荡的作用阻尼作用。
    实际上这个电阻的值就决定了C1两端会不会振荡。

    1、当R1>2 L 1 / C 1 \sqrt {L1/C1} L1/C1 时,S1,S2为不相等的实数根。过阻尼情况。
    在这种情况下,基本不会发生振荡的。

    2、当R1=2 L 1 / C 1 \sqrt {L1/C1} L1/C1 时,S1,S2为两个相等的实数根。临界情况。
    在这种情况下,有振荡也是比较微弱的。

    3、当R1<2 L 1 / C 1 \sqrt {L1/C1} L1/C1 时,S1,S2为共轭复数根。欠阻尼情况。
    在这种情况下,电路一定会发生振荡。

    所以对于上述的几个振荡需要消除的话,我们有几个选择。

    1,增大电阻R1使R1≥2(L1/C1)^0.5,来消除振荡,对于增大R1会降低电源效率的,我们一般选择接近临界的阻值。
    2,减小PCB走线寄生电感,这个就是说在布局布线中一定要注意的。
    3、增大C1,对于这个我们往往都不太好改变,C1的增大会使开通时间大大加长,我们一般都不去改变他。

    所以最主要的还是在布局布线的时候,特别注意走线的长度“整个驱动回路的长度”越短越好,另外可以适当加大R1

    MOS管GS之间并联电阻作用

    在MOS管的驱动电路里,某些场合下,会看到这个电阻,在某些场合中,又没有这个电阻.这个电阻的值比较常见的为5k,10k.但是这个电阻有什么用呢?
    在分析这个问题之间,可以做一个简单的实验:
    找一个mos管,MOS管GS击穿让它的G悬空,然后在DS上加电压,结果是怎样?结果是在输入电压才几十V的时候,管子就烧掉了,因为管子导通了.
    为什么mos管在没有加驱动信号(比如驱动芯片在没启动或者损坏的情况下芯片驱动脚为高阻态)的前提下会导通,那是因为管子的DG,GS之间分别有结电容,Cdg和Cgs.所以加在DS之间电压会通过Cdg给Cgs充电,这样G极的电压就会抬高直到mos管导通.
    所以在驱动电路没有工作,而且没有放电回路的时候,mos管很容易被击穿.假如采用变压器驱动,变压器绕组可以起到放电作用,所以即使不加GS电阻,在驱动没有的情况下,管子也不会自己导通 。


    转自--------《硬核电子》公众号

    展开全文
  • PS:由于本篇文章较长,为了不影响阅读体验,所以...但是RLC阻尼振荡却在平时的电路设计中经常遇到,尤其是与各种电源场合相关的波形振荡、RC Snubber吸收电路等,其背后的本质都是RLC二阶电路动态响应过程的阻尼...

    PS:由于本篇文章较长,为了不影响阅读体验,所以一分为二,本篇先讲述振荡原理,下一篇再讲实际的Snubber电路设计。

    微信公众号:硬核电子。


    RLC谐振电路广泛应用于选频电路中,但由于本人从事非射频相关工作,所以实际接触的选频应用并不多。但是RLC阻尼振荡却在平时的电路设计中经常遇到,尤其是与各种电源场合相关的波形振荡、RC Snubber吸收电路等,其背后的本质都是RLC二阶电路动态响应过程的阻尼振荡。在之前的继电器

    电子小白菜:三极管开关电路设计(继电器驱动电路)​zhuanlan.zhihu.com
    055148d62c43bc9af5dc89c481159cdd.png

    和电源文章

    电子小白菜:电源系列之BUCK电源电感的工作模式​zhuanlan.zhihu.com
    274b0ecf5304355da9d7c291f70fd765.png

    中都简单提及到过这个问题,本系列文章将进行详细讲述。

    1. RLC振荡原理

    常见的串联RLC和并联RLC电路,其原理类似相通,本文以串联RLC为例进行说明,但并不进行公式推导,而是从结论出发,与实际电路情况进行对应说明。

    1.1 零输入响应

    零输入响应的RLC电路如图1所示,初始条件为电容电压UC等于U0,电感电流I等于0,然后开关从左往右拨,根据电路参数的不同,零输入响应有四种情况:

    50b3d65b218ba8826a317d177ae8e993.png
    图1 零输入响应RLC电路

    (1)过阻尼,

    ,电路中的电流在放电过程中永不改变方向,电容在全部时间内一直在非振荡放电,对应波形示意如图2所示;

    86120acb92f53eac499301a2b20d0352.png
    图2 过阻尼零输入响应波形

    (2)临界阻尼,

    ,电容非振荡放电,波形与过阻尼类似,如图2所示;

    (3)欠阻尼,

    电容电压在零值附近做衰减振荡放电,电流也在零值附近做衰减振荡,对应波形示意如图3所示。这三种有阻尼的情况下,振荡角频率为

    1327870466a34a3fe1f6ed530c0a423f.png
    图3 欠阻尼零输入响应波形

    (4)无阻尼,R=0,电容电压按正弦规律做等幅振荡,振荡角频率为

    ,对应波形示意如图4所示,现实情况中阻尼R不可能为0,所以不存在这种现象。

    6aa1e667e45bb601144ec8db3dcbe09b.png
    图4 无阻尼零输入响应波形

    1.2 零状态响应

    零状态响应的RLC电路如图5所示,初始条件为电容电压UC和电感电流I均等于0,然后输入激励。与零输入响应类似,零状态响应也有四种情况:

    ea8353c128e9754b2e9d9b881e9c5290.png
    图5 零状态响应RLC电路

    (1)过阻尼

    ,电路中的电流在充电过程中永不改变方向,电容在全部时间内一直在非振荡充电,对应波形示意如图6所示;

    654dc8c93d6abd705e8f46f3b18714df.png
    图6 过阻尼零状态响应波形

    (2)临界阻尼

    ,电容非振荡充电,波形与过阻尼类似如图6所示;

    (3)欠阻尼,

    电容电压在电源电压值U0附近做衰减振荡充电,但是不会超过电源电压的2倍,电流在零值附近做衰减振荡,对应波形如图7所示。这三种有阻尼的情况下,振荡角频率为

    34da8e8813863b22ac168e090aa48de8.png
    图7 欠阻尼零状态响应波形

    (4)无阻尼,R=0,电容电压围绕着电源电压值U0按正弦规律在0~2倍的电源电压大小之间做等幅振荡,电流围绕零值附近做等幅的正弦振荡,振荡角频率为

    ,对应波形示意如图8所示,现实情况中阻尼不可能为0,不存在这种现象。

    b25c66d162d6d5d43bb273ccf4d7b2d9.png
    图8 无阻尼零状态响应波形

    2. RLC振荡通俗解释

    上述的阻尼结论是通过数学公式推导得出,波形是通过Multisim仿真得到,但是数学公式并不能让人对波形图有直观的了解,下面将从电荷和电路角度对波形图进行通俗易懂的解释。我们知道电容电压是连续不能突变的,电容公式I=Cdu/dt,变换可得du=Idt/C,根据数学中的导数知识可得,连续函数在极值点的导数等于0,因此电容电压值最大时,即电压导数du=0时,Idt/C=0,可得电容电流I=0;同理,电感电流是连续不能突变的,电感公式U=Ldi/dt,电感电流最大的时候,电感电压UL=0

    2.1 零输入响应

    从无阻尼零输入响应的波形图9开始分析,初始条件电容电压为U0,电感电流为0,由于电阻R=0,由图1电路,根据基尔霍夫电压定律可知,无论何时,电感电压UL=电容电压UC。在0时刻,由于电容电压为U0,两侧极板的电荷不平衡,极性为上正下负,所以电容开始放电,电路中的电流开始增加,流向为顺时针方向,如图10所示。直到t1时,电容放电完毕,电压UC=0,因此电感电压UL=0。根据上述电感特性,此时电路电流I最大,电容两侧极板电荷处于平衡状态。t1时刻虽然电容处于电荷平衡状态,但是由于电感电流不能突变,不能瞬间从最大值变为0,只能慢慢降低,这就导致电容的电荷平衡状态被打破,电容重新被充电,极性与t0时刻相反,为上负下正,直至t2时电感电流I=0,根据上述电容特性,此刻电容电压达到最大值t2时刻虽然电感电流I=0,但是此时电容两侧极板的电荷又处于不平衡状态了,电容又要开始放电,只是方向与0~t1时间段内相反,为逆时针方向,后续分析与前述思路相同,不再赘述,整个过程种电容电压和电流相位正好相差90°。

    31d47a7c7208cf93df0ffbaa792bad8c.png
    图9 无阻尼零输入响应波形分析

    8704ef31e8bf2f56d90200d956a8e61a.png
    图10 零输入响应电流方向

    当电路中的阻尼电阻R≠0时,波形如图11所示,由于电阻R存在压降UR,电感电压UL就不等于电容电压UC了,而是如下关系:UC=UL+UR。在0时刻,电容放电,电容电压UC下降,电流I增加,电阻电压UR增加,直到t1时刻,电容电压UC和电阻电压UR相等,即UC=UR=IR时,此时电感电压UL就等于0,电流I达到最大值,I=UC/R,其小于无阻尼状态下的电流最大值。t1时刻电容尚未放电完毕,因此在t1~t2时间段内,电容继续放电直到t2时刻放电结束。而电感电流在t1时刻达到最大值后开始下降,但电流方向不变,到t2时,电容电压放电完毕,电感电流开始给电容充电,电容极性变为上负下正,直到t3时刻,电感电流I=0,电容电压UC达到最大值。从分析中可知,由于电阻R的存在,电感电流在电容尚未放电完毕时就已经达到最大值,电阻R越大,电流最大值I=Uc/R就越小,电流达到最大值的时刻也越早,当

    时,电流与电容电压分别都在同一时刻达到0不再振荡,形成非振荡放电。

    f5cb2a3aba61970097332fd8168edc1e.png
    图11 欠阻尼零输入响应波形分析

    2.2 零状态响应

    零状态响应同样从无阻尼的波形图12开始分析,初始条件电容电压UC和电感电流I均为0,激励电压为U0,由于电阻R=0,由基尔霍夫电压定律得,无论何时,U0=UC+UL。在0时刻,电容开始充电,电容UC和电流I开始增加,直到t1时刻,电容电压UC上升到U0,此时电感电压UL=0,电感电流I达到最大值。t1时刻后,电流I开始下降,但方向不变,电容继续充电,直到t2时刻,电流下降到0,电容电压UC达到最大值2U0。t2时刻后,电容开始放电,电流方向改变为相反方向,电流开始反向增大,直到t3时刻,电容电压UC下降到U0,此时UL=0,电感电流达到反向最大值。后续分析类似,不再赘述。

    0bbf44379577d1ae5b53631cf3a7d480.png
    图12 无阻尼零状态响应波形分析

    当电路中的阻尼电阻R≠0时,由于电阻存在压降,故U0=UR+UC+UL,波形如图13所示。在0时刻,电容开始充电,电容电压UC和电流I开始增加,直到t1时刻,U0=UR+UC,UL=0,电流达到最大值I=(U0-UC)/R,小于无阻尼状态下的电流最大值,此后电感电流开始下降。此时UC<U0,电容电压还未上升到U0,直到t2时刻,电感电流下降到0,电容电压达到最大值,小于无阻尼状态下的电容电压最大值。t2时刻后,电容开始放电,电流方向变为相反,直到t3时刻,U0=UC+UR(由于电流方向相反,此刻UR值为负数),电流达到反方向最大值,此时UC>U0,电容电压还未下降到U0。从分析中可知,电阻R越大,电流最大值I=(U0-UC)/R就越小,电流达到最大值的时刻也越早,电容电压所能达到的最大值也越小,当

    时,电容电压在电流为0时达到的最大值接近等于U0,由于电容电压和激励源U0没有压差,无法再充放电,最终形成非振荡充电。

    f52da2f5024b46dec22b1f77681f9da8.png
    图13 欠阻尼零状态响应波形分析

    3. 总结

    从前述分析中可知,RLC电路能够振荡的初始条件是电容或电感处于不稳定状态,即电容有充电或者放电的条件,流过电感的电流不为0,最终稳态必然是电容不具备充放电的条件,同时电感电流为0。而振荡的初始条件在实际的电源电路中经常遇到,这也是随处可见振荡的原因,下一篇文章将结合实际电路中的振荡现象进行讲解,并给出如何设计RC吸收电路的参考做法。

    相关文章:

    电子小白菜:三极管开关电路设计(继电器驱动电路)​zhuanlan.zhihu.com
    055148d62c43bc9af5dc89c481159cdd.png
    电子小白菜:电源系列之BUCK电源电感的工作模式​zhuanlan.zhihu.com
    274b0ecf5304355da9d7c291f70fd765.png

    往期精华:

    电子小白菜:电源系列之BUCK在轻载下的工作模式​zhuanlan.zhihu.com
    bb0eaa74fb6971caf570054719cda0f3.png
    电子小白菜:三极管放大区静态工作点的设置​zhuanlan.zhihu.com
    9f57ab080ede3a1af682418d0b0318ea.png

    —END—

    你好,我是电子小白菜,如果你喜欢我的文章,就请点个赞同并关注我吧。

    fa58bc057117d8c4c1bce2e99327f81e.png
    展开全文
  • RC振荡电路

    万次阅读 多人点赞 2016-04-13 12:46:42
    RC电路是电阻器电容器电路(RC电路)或者RC过滤器,RC网络是电路a电容器驾驶的组成由电阻器电压或当前来源.一次RC电路由一个电阻器一台电容器组成,是RC电路的简单例子。RC电路在模拟电路、脉冲数字电路中得到广泛...
  • 为了防止开关电源(开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通...文中通过采用RC或LC吸收电路对二极管蓄积电荷产生的浪涌电压采用非晶磁芯矩形磁芯进行磁吸收, 从而解决了开关电源浪涌电流的产生以及抑制问题。
  • 拓扑吸收、RC吸收、RCD吸收、钳位吸收、无损吸收、LD缓冲、LR缓冲、饱和电感缓冲、滤波缓冲、振铃
  • 先把RC都不接,测一下过冲电压的谐振频率 测的是35M 2.计算电容值 把R用0Ω电阻短接掉,焊接一个100pf的电容上去(这个电容必须是C0G材质),然后不断增加电容的值,直到谐振频率降低为原来的0.5倍左右,这时候寄生...
  • LC和RC滤波电路分析

    千次阅读 2020-03-06 11:58:42
    为了获得比较理想的直流电压,需要利用具有储能作用的电抗性元件(如:电感、电容)组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分,以获得直流电压。 常用的滤波电路有无源滤波有源滤波两大类。无源滤波主要...
  • RC电路

    千次阅读 2017-01-19 16:35:06
     电路的特点:由于有电容存在不能流过直流电流,电阻电容都对电流存在阻碍作用,其总阻抗由电阻容抗确定,总阻抗随频率变化而变化。RC 串联有一个转折频率: f0=1/2πR1C1  当输入信号频率大于 f0 时,整个...
  • ISC突波吸收电容的原理和设计

    千次阅读 2018-06-27 09:53:46
    全文摘自://http://www.henlito.com/chinese/news/10/12681.html突波吸收电路原理与设计突波是比较通俗化的称呼,较为正式的名称是浪涌电压(Surge voltage)或者浪涌电流(Surge current)。突波主要是体二极管(续...
  • 1、阻容串联电路一个常用的作用就是用来消火花,如下图所示: S1 为开关(一般电路中为继电器的触点) C1 为电容,0.47uF R1 为电阻 ,100欧 M 为直流电机(感性负载,有线圈) 2、打火原理分析:电机M 为直流电机...
  • RC消火花电路

    千次阅读 2017-04-25 14:05:17
    RC电路一大应用时消火花电路。产生火花电路大都是应用于感性负载,如电机、继电器线圈等 当开关k断开时候,根据楞次定律线圈两端产生感应电动势。他将Vi叠加,其加在开关两端,如果开关两端距离及其两端的...
  • RC自动复位电路时间计算及其泄流二极管的选择 在单片机复位电路中,可利用电容两端电压不能突变的特点,设计相应的RC电路来实现对单片机的复位需求,一般有两种类型, 低电平有效复位电路 此复位电路是针对低电平...
  • DC/DC尖峰脉冲吸收电路

    千次阅读 2016-06-27 12:13:00
    至于在DC/DC哪里加RC吸收电路,这里有一个规律,就是在开关管开/关的时候,跟电感形成一个回路。 如何选取RC参数? 1:RC的3dB截止频率设置为开关频率5~8倍,防止对开关信号衰减。 2:合理选择R,值太小超过额定...
  • 滤波器主要有低通滤波器、高通滤波器带通滤波器三种,按照电路工作原理又可分为无源有源滤波器两大类。本文主要对低通、高通还有带通三种滤波器做以下简单的介绍 1 低通滤波器(RC型) 电感阻止高频信号通过而...
  • STM32驱动LD3320进行语音识别程序+原理

    万次阅读 多人点赞 2019-06-28 16:31:05
    一、原理图 二、源代码 LD3320.c #include "ld3320.h" #include "delay.h" #include "usart.h" #include "string.h" u8 ld3320Data; extern u8 nAsrStatus; unsigned long nMp3StartPos=0; unsigned ...
  • 上拉、下拉电阻的原理和作用

    万次阅读 多人点赞 2019-04-21 00:48:55
    概述: 上拉电阻:将一个不确定的信号(高或低电平),通过一个电阻与电源VCC相连,固定在...1、当 TTL 电路驱动 CMOS 电路时,如果电路输出的高电平低于 CMOS 电路的最低高电平 (一般为 3.5V), 这时就需要在 TTL...
  • 二极管反向恢复时会产生浪涌电压,这里RC主要是吸收二极管D1产生的浪涌电压,防止二极管损坏。 寄生电容:寄生电容一般是指电感,电阻,芯片引脚等在高频情况下表现出来的电容特性。实际上,一个电阻等效于一个电容...
  • RC吸收设计.doc TL431与PC817应用电路.pdf top22系列电源设计.doc 一款电源完全设计.pdf 一种有效的反激钳位电路设计方法.doc 充电器资料.pdf 几种波形的有效值.doc 华为内部资料[1].pdf 反激开关电源变压器设计.pdf...
  • 本书是《高频电路原理与分析(第四版)》的修订版,主要是在《高频电路原理与分析(第四版)》的基础上强化了高频电路的系统概念系统设计。本书内容包括绪论 高频电路基础与系统问题 高频谐振放大器 正弦波振荡器...
  • 基于51单片机的交通灯控制系统设计

    万次阅读 多人点赞 2018-11-24 13:38:11
    运用单片机AT89C51进行数据的分析处理,为显示提供信号,显示部分采用8位数码管显示倒计时值。系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高,具有一定的实用价值。 【关键词】AT89C51 8位数码管 发光...
  • LC滤波器具有结构简单、设备投资少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点,应用很广泛。... RC滤波中的电阻要消耗一部分直流电压,R不能取得很大,用在电流小要求不高的电路中.RC体积小,成本低。滤波...
  • 电路原理

    2020-11-22 22:05:59
    一阶电路三要素法中的三个要素分别是指 短路电流、开路电压、短路电流 4、在星形联结的对称三相电路中, = √3 , 1 5 RC 一阶电路的时间常数 , 一阶电路的时间常数 。。 6两个同频率正弦量的相位差等于它们的 初...
  • 超详细|开关电源电路图及原理讲解

    千次阅读 多人点赞 2020-12-10 21:57:21
    开关电源的电路组成方框图如下: 嵌入式专栏 2 输入电路的原理及常见电路 1、AC输入整流滤波电路原理: ①防雷电路:当有雷击,产生高压经电网导入电源时,由MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护...
  • 简单的限流保护电路图大全(六款简单的限流保护电路设计原理图详解) - 全文 来源:网络整理作者:2018年03月01日 11:34 0 分享 订阅 关键词:限流保护电路 简单的限流保护电路图(一) 限流保护电路最基本...
  • BOOST升压电路原理

    万次阅读 2010-01-18 21:40:00
    boost升压电路2007-12-27 10:07开关直流升压电路(即所谓的boost或者step-up电路原理2007-09-29 13:28the boost converter,或者叫step-up converter,是一种开关直流升压电路,它可以是输出电压比输入电压高

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 20
收藏数 997
精华内容 398
关键字:

rc吸收电路原理和作用