開關(guān)電源之“吸收和緩沖”

時間：2021-09-18 17:55:00

關(guān)鍵字：開關(guān)電源

手機(jī)看文章

掃描二維碼
隨時隨地手機(jī)看文章

[導(dǎo)讀]本文主要介紹開關(guān)電源中的吸收緩沖電路。電源的基本拓?fù)潆娐飞弦话銢]有吸收緩沖電路，實(shí)際電路上一般有吸收緩沖電路，吸收與緩沖是工程需要，不是拓?fù)湫枰Ｎ张c緩沖的作用如下：防止器件損壞，吸收防止電壓擊穿，緩沖防止電流擊穿；使功率器件遠(yuǎn)離危險工作區(qū)，從而提高可靠性；降低開關(guān)器件損耗，或...

本文主要介紹開關(guān)電源中的吸收緩沖電路。

電源的基本拓?fù)潆娐飞弦话銢]有吸收緩沖電路，實(shí)際電路上一般有吸收緩沖電路，吸收與緩沖是工程需要，不是拓?fù)湫枰?。吸收與緩沖的作用如下：

防止器件損壞，吸收防止電壓擊穿，緩沖防止電流擊穿；
使功率器件遠(yuǎn)離危險工作區(qū)，從而提高可靠性；
降低開關(guān)器件損耗，或者實(shí)現(xiàn)某種程度的軟開關(guān)；
降低di/dt和dv/dt，降低振鈴，改善EMI品質(zhì)。

也就是說，防止器件損壞只是吸收與緩沖的作用之一。

吸收是對電壓尖峰而言。電壓尖峰的成因如下：

電壓尖峰是電感續(xù)流引起的；
引起電壓尖峰的電感可能是：變壓器漏感、線路分布電感、器件等效模型中的感性成分等；
引起電壓尖峰的電流可能是：拓?fù)潆娏鳌⒍O管反向恢復(fù)電流、不恰當(dāng)?shù)闹C振電流等。

減少電壓尖峰的主要措施有：

減少可能引起電壓尖峰的電感，比如漏感、布線電感等；
減少可能引起電壓尖峰的電流，比如二極管反向恢復(fù)電流等；
如果可能的話，將上述電感能量轉(zhuǎn)移到別處；
采取上述措施后電壓尖峰仍然不能接受，最后才考慮吸收。吸收是不得已的技術(shù)措施。

緩沖是對沖擊尖峰電流而言，電流尖峰的成因如下：

引起電流尖峰的第一種原因是二極管（包括體二極管）反向恢復(fù)電流。
引起電流尖峰的第二種原因是對電容的充放電電流。這些電容可能是：電路分布電容、變壓器繞組等效分布電容、設(shè)計不恰當(dāng)?shù)奈针娙荨⒃O(shè)計不恰當(dāng)?shù)闹C振電容、器件的等效模型中的電容成分等等。

緩沖的基本方法：在沖擊電流尖峰的路徑上串入某種類型的電感，可以是以下類型：

緩沖的特性：

由于緩沖電感的串入會顯著增加吸收的工作量，因此緩沖電路一般需要與吸收電路配合使用；
緩沖電路延緩了導(dǎo)通電流沖擊，可實(shí)現(xiàn)某種程度的軟開通（ZIS）；
變壓器漏感也可以充當(dāng)緩沖電感。

下面以buck電路為例，說明吸收和緩沖電路的工作流程：

當(dāng)L-MOS打開時，PHASE點(diǎn)會出現(xiàn)電壓尖峰。這種尖峰會對L-MOS造成威脅，導(dǎo)致L-MOS被燒壞或壽命大幅縮短。PHASE后的線路，由于有儲能大電感的存在，瞬時變化的電流I不能通過電感。所以對瞬時（高頻）電壓電流而言，其路徑只能是通過L-MOS。實(shí)際電路中多余的能量大部分是由L-MOS的內(nèi)阻消耗的。由于等效電容很小，所以多余能量（電荷）能夠在電容兩端造成較大的電壓。所以減小電壓尖峰的方法是減小流入等效電容的電荷數(shù)量。

RC-snubber電路從兩個方面去解決電壓尖峰的問題：

對PHASE點(diǎn)電壓等于輸入電壓時的電感電流分流，這樣使得流入L-MOS等效電容的電流大大減小。而snubber電容的容值選取較大，吸收了多余的能量后產(chǎn)生的電壓不會太大。這樣使得PHASE點(diǎn)的電壓尖峰減小。
RC中的電阻起到阻尼作用，將諧振能量以熱能消耗掉。

RC-snubber電路的好處有：

增強(qiáng)phase點(diǎn)的信號完整性。
保護(hù)L-MOS提高系統(tǒng)可靠性。
改善EMI。

RC-snubber電路的壞處：

PHASE點(diǎn)電壓等于輸入電壓時需要更多的能量，所以在每次開關(guān)時都要消耗更多的能量，降低了電源轉(zhuǎn)換效率。
RC選取不好就會起反作用。