以下文章來源于段段徐徐，作者段段

“ 之前寫了一篇文章關(guān)于反激開關(guān)電源設(shè)計(jì)中RCD鉗位電路的原理反激開關(guān)電源設(shè)計(jì)中RCD鉗位電路原理，這兩天正好在調(diào)試這個(gè)電路，所以今天想出一篇關(guān)于RCD電路參數(shù)的設(shè)計(jì)。”

RCD鉗位電路（也稱為RCD緩沖電路或RCD吸收電路）在開關(guān)電源（尤其是反激變換器）中廣泛應(yīng)用，其主要目的是吸收開關(guān)管（如MOSFET）關(guān)斷時(shí)由變壓器漏感產(chǎn)生的電壓尖峰，防止開關(guān)管過壓損壞。

計(jì)算其鉗位電壓，我們需要理解其工作原理并進(jìn)行公式推導(dǎo)。

01核心原理

當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，變壓器初級(jí)繞組的主電感（勵(lì)磁電感）和漏感中儲(chǔ)存的能量需要釋放。

1. 主電感能量：會(huì)通過繞組傳遞到次級(jí)，為負(fù)載供電。

2. 漏感能量：由于漏感不與次級(jí)繞組理想耦合，其能量無法傳遞到次級(jí)。這部分能量會(huì)與電路中的寄生電容產(chǎn)生高頻振蕩，形成一個(gè)很高的電壓尖峰，施加在開關(guān)管上。

RCD鉗位電路的作用就是為這個(gè)漏感能量提供一個(gè)低阻抗的釋放路徑，將其消耗在鉗位電阻 R 上，從而將電壓尖峰限制在一個(gè)安全的水平。

02鉗位電壓計(jì)算公式

步驟1：確定反射電壓 Vor

反射電壓是次級(jí)輸出電壓反射到初級(jí)側(cè)的電壓。

其中：

· Np ：初級(jí)繞組匝數(shù)

· Ns ：次級(jí)繞組匝數(shù)

· Vo ：次級(jí)輸出電壓

步驟2：確定最大允許的鉗位電壓 V_clamp(max)

這個(gè)電壓由開關(guān)管的耐壓值 V_ds(max) 決定。通常要留有一定的裕量（例如20%-30%）。

Vclamp（max）≤Vds（max）*Ksafety

其中 Ksafety 是安全系數(shù)，通常取 0.8 ~ 0.9。

步驟3：計(jì)算鉗位電壓 Vc

鉗位電容 C 兩端的電壓 Vc 為：

Vc=Vclamp-Vin（max）-Vor

在設(shè)計(jì)中，我們通常使用最惡劣的情況，即最高輸入電壓 Vin(max) ：

Vc=Vclamp（max）-Vin（max）-Vor

步驟4：計(jì)算鉗位電阻 R （核心步驟）

根據(jù)能量守恒：每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，漏感儲(chǔ)存的能量等于被鉗位電阻消耗的能量。

1. 漏感儲(chǔ)存的能量：

其中：

· Lleak ：變壓器初級(jí)漏感

· Ipk ：開關(guān)管關(guān)斷時(shí)刻的初級(jí)峰值電流

2. 電阻消耗的功率：

3. 能量平衡：每秒消耗的能量（功率）等于每個(gè)周期消耗的能量乘以開關(guān)頻率 fsw 。

由此得到鉗位電阻 R 的計(jì)算公式：

步驟5：計(jì)算鉗位電容 C

電容的作用是濾除高頻噪聲并穩(wěn)定鉗位電壓。其值需要足夠大，以限制電壓紋波 ΔVc （通常設(shè)為 Vc 的5%~10%）。

電容儲(chǔ)存的電荷變化量 ΔQ≈C*ΔVc 。這個(gè)電荷變化近似等于漏感能量釋放過程中流過二極管的電流對(duì)時(shí)間的積分，可以近似為 Ipk 與一個(gè)短暫時(shí)間 Δt 的乘積。一個(gè)更簡單的經(jīng)驗(yàn)公式是：

或者一個(gè)更直觀的經(jīng)驗(yàn)法則：確保 R C 的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于開關(guān)周期的 3~5 倍。

03設(shè)計(jì)實(shí)例

假設(shè)一個(gè)反激電源參數(shù)：

· 輸入電壓： V_in =500 V DC

· 輸出電壓： V_o = 25V

· 匝比： N_p/N_s = 4（所以 V_or= 4 × 25V = 100V ）

· 開關(guān)管耐壓： V_ds(max) = 950V

· 初級(jí)漏感： L_leak = 8uH

· 峰值電流： I_pk = 2A

· 開關(guān)頻率： f_sw = 63kHz

計(jì)算過程：

1. 確定 V_clamp(max) ：

取安全系數(shù)為 0.8， V_clamp(max) ≤ 950V × 0.85 ≈800V 。我們?nèi)?V_clamp = 650V 以留更多裕量。

2. 計(jì)算 V_c ：

V_c = V_clamp - V_in(max) - V_or = 650V - 500V - 100V = 50V

3. 計(jì)算鉗位電阻 R ：

帶入公式R ≈3K

4. 計(jì)算鉗位電容 C ：

按時(shí)間常數(shù)法，取 RC = 3 / f_sw ：

C ≈15nF

總結(jié)與關(guān)鍵點(diǎn)

· 核心思想：能量守恒。漏感的能量被電阻消耗掉。

· 降低鉗位電壓的方法：

1. 降低變壓器漏感 L_leak（最有效的方法）。

2. 降低峰值電流 I_pk 。

3. 在滿足 V_clamp 要求的前提下，盡量使用較大的 R 值，以降低功耗和提高效率。

最終，理論計(jì)算只是一個(gè)起點(diǎn)，在實(shí)際電路中通常需要通過實(shí)驗(yàn)（觀察示波器上開關(guān)管的 V_ds 波形）來微調(diào) R 和 C 的值，以達(dá)到最佳的鉗位效果和效率。