摘要：RCD組合在反激拓撲中最為常見，是用來吸收漏感的尖峰能量，以限制功率管D(C)極的反壓不致過高。當然在單端正激拓撲中也有采用，如RCD復位等，但其工作機理及作用與反激中的RCD即類似又有所不相同。而本文討論的RCD組合，是用于雙管正激拓撲中的，用來限制關斷時的du/dt，從而降低IGBT的關斷損耗與發熱，以提高IGBT功率管的工作可靠性，并明顯降低了整機的EMI。

關鍵詞：IGBT關斷損耗 可靠性 限制du/dt 效率兼顧在大功率雙管正激拓撲中，為了抑制變壓器漏感儲能與勵磁復位時的高速du/dt尖峰能量對開關管的沖擊，降低IGBT功率開關管關斷拖尾時的di/dt的損耗與發熱，提高功率開關管的工作可靠性，采用RCD緩沖補償來限制主變壓器兩端的變化速率，是一種常用且有效的方法手段。

但如何合理選取RCD的參數，則關系到緩沖電路所起的作用大小與整機的效率問題。

首先，我們要搞清楚RCD組合在IGBT功率管的導通期（Ton）與關斷期(Toff)時，每個原器件所起的作用不同，根據圖1所示，假設開關管由導通變為截止關斷，則在關斷瞬間，由于變壓器的勵磁復位及漏感儲能的釋放，變壓器A B兩端電壓將由原來的A高（近似VE）B低（近似地電位）突變為A低（-0.7V）B高（VE+0.7V），假如Uc1（C1兩端電壓）初始狀態為0V，則在關斷瞬間，由于此時的D1正向導通，Uc1將被充電至VE值(D1與D4正好抵消)；同理，Uc2也將從0V（假定值）被充電至VE值，由于C1、C2的存在，A、B兩端的電壓變化速率將明顯變緩。而C1、C2的容量取值不同，Uc1、Uc2被充電至VE值的時間也就不同，對于C1、C2容量的合理選取，就是后面接下去要討論的。

當經過Toff后，變壓器已磁復位，Q1、Q2進入再次導通期，此時C1、C2存儲的電荷將通過R1、R2及Q1、Q2釋放，為確保Uc1、Uc2能在Ton內下降至足夠低的電壓值，R1、R2的阻值大小就必需依據于C1、C2的容量大小及IGBT的導通時間Ton來決定。

用簡化的圖2來說明問題，R、C及Ton之間的關系必需滿足：Uc=VE*e-（Ton/RC） 其中對R、C的取值原則要求是：3RC~4RC（3~4倍的RC時間常數）必需滿足小于等于Ton，以保證在IGBT的導通時間Ton里Uc能放電至足夠低的電壓值。如電路中的R取值過大，則在IGBT導通周期Ton內，Uc不能通過R被放電至足夠低的電壓值，即C上的殘余電壓值過高時，就會影響到下一個IGBT關斷時對du/dt的限制作用。換言之，R的取值依據是在Ton時間內，保證Uc能下降到足夠低的電壓值。

再回到C的容量取值上。前面說過，加RCD緩沖補償是減少IGBT的關斷拖尾損耗，并提高其工作可靠性，而RC的乘積已被開關頻率Fosc=1/（Ton+Toff）所制約而固定，此時C的合理選取就十分關鍵了，C較大時，對抑制du/dt與降低IGBT關斷損耗有利，但由于從主變壓器上轉加到C上的電荷能量較多，為了能在導通時間Ton內使C的電壓被放電至足夠低的值，R的取值必需足夠小，這樣最終就會有較多的能量被消耗在R及IGBT之上，降低了整體效率，而R的功耗與溫升又成了問題。如C取值過小，則IGBT關斷時主變勵磁與漏感能量引起的du/dt又得不到有效抑制，當然就達不到預期的效果了。

所以對于C的合理取值，必需以du/dt限制作用與效率相兼顧，可采取實測波形比較法來決定C的容量取值大小。相比于采用主變壓器Lm、Lk、Ipk來估算C的取值大小，更具合理性，也更為直觀與容易掌握。

結合開關頻率為45KHz的3KW IGBT雙管正激電源的設計實例，方法為：先測出最大輸出功率時，無RCD緩沖補償時的主變A端對地電壓波形，見圖3藍線波形（紅線為副邊繞組電壓波形），展開的波形圖見圖4，可以發現IGBT的關斷延時從頂部到結束約為200nS。然后同時在Q1、Q2的C、E兩端直接并聯3300P/1kv~0.01uF/1kv的低等效串聯電感值的CBB電容，并使電路滿載工作，觀察不同容量取值時的A（B）端對地波形，比較關斷后的延遲時間，實驗發現當Q1、Q2的C、E兩端同時并上4700P/1kv的電容時，IGBT的關斷拖尾從頂部到結束已延長到240nS，繼續增大容量試驗發現，當Q1、Q2的C、E兩端同時并上7500P/1kv的電容時，IGBT的關斷拖尾從頂部到結束已延長到280nS，見圖5波形，比沒并聯時延長了80nS；并聯0.01uF/1kv時，則又延長到300nS。說明當并聯4700P/1KV以上的電容時，變壓器兩端的du/dt已可獲得慢于IGBT關斷拖尾的有效緩沖了。

但到底C是該取4700P、7500P還是0.01uF呢，是依據盡量減小R1、R2上的功耗為原則？依據盡量減少IGBT的發熱溫升為原則？還是依據IGBT各晶原胞子單元之間的差異特性來決定延遲量？實際上這已是一個需要綜合考量的問題了，應根據實驗的測試結果來選定，主要依據是兼顧效率，降低IGBT的工作溫升與提高其大電流工作時的過載可靠性，可用200Ω/3W、HER207、4700P/1kv；180Ω/4W、HER207、6800P/1k； 150Ω/4W、 HER207、7500P/1kv；120Ω/6W、HER207、0.01uF/1kv等等多種RCD組合參數，分別做波形觀察，及IGBT、R1、R2的工作溫升與綜合效率的精確比對測量，以及滿載或輕度超載連續工作的可靠性來判定選取。

在一個采用英飛凌K75T60的IGBT雙管正激3KW的電源里，采用150Ω/4W、 HER207、7500P/1kv的RCD緩沖補償，獲得了較低的附加損耗與良好的過載可靠性能。

這里對比較基礎的二極管D的參數計算與選型等等問題，就不再做相應的介紹與分析了。其實RCD緩沖補償不僅能限制了主功率開關管的du/dt ，降低 EMI，還對減小副邊二極管的開關損耗、降低變壓器繞組發熱也有不少的幫助，唯一不足的是會帶來一定的無功損耗，但其對整機性能的幫助遠遠大于所帶來的附加效率損耗，所以才有了廣泛的應用。

文外說明：

Uc=VE*e-（Ton/RC）是一個指數函數，-（Ton/RC）在e的右上角，打字打不出來。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5