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开关电源之“吸收和缓冲”,你都了解多少?

消耗积分:5 | 格式:pdf | 大小:130.71KB | 2021-01-23

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本文主要介绍开关电源中的吸收缓冲电路。

电源的基本拓扑电路上一般没有吸收缓冲电路,实际电路上一般有吸收缓冲电路,吸收与缓冲是工程需要,不是拓扑需要。吸收与缓冲的作用如下:

  • 防止器件损坏,吸收防止电压击穿,缓冲防止电流击穿;

  • 使功率器件远离危险工作区,从而提高可靠性;

  • 降低开关器件损耗,或者实现某种程度的软开关;

  • 降低di/dt和dv/dt,降低振铃,改善EMI品质。

也就是说,防止器件损坏只是吸收与缓冲的作用之一。 

吸收是对电压尖峰而言。电压尖峰的成因如下:

  • 电压尖峰是电感续流引起的;
  • 引起电压尖峰的电感可能是:变压器漏感、线路分布电感、器件等效模型中的感性成分等;
  • 引起电压尖峰的电流可能是:拓扑电流、二极管反向恢复电流、不恰当的谐振电流等。

减少电压尖峰的主要措施有:

  • 减少可能引起电压尖峰的电感,比如漏感、布线电感等;
  • 减少可能引起电压尖峰的电流,比如二极管反向恢复电流等;
  • 如果可能的话,将上述电感能量转移到别处;
  • 采取上述措施后电压尖峰仍然不能接受,最后才考虑吸收。吸收是不得已的技术措施。

缓冲是对冲击尖峰电流而言,电流尖峰的成因如下:

  • 引起电流尖峰的第一种原因是二极管(包括体二极管)反向恢复电流。
  • 引起电流尖峰的第二种原因是对电容的充放电电流。这些电容可能是:电路分布电容、变压器绕组等效分布电容、设计不恰当的吸收电容、设计不恰当的谐振电容、器件的等效模型中的电容成分等等。

缓冲的基本方法:在冲击电流尖峰的路径上串入某种类型的电感,可以是以下类型:

缓冲的特性:

  • 由于缓冲电感的串入会显著增加吸收的工作量,因此缓冲电路一般需要与吸收电路配合使用;
  • 缓冲电路延缓了导通电流冲击,可实现某种程度的软开通(ZIS);
  • 变压器漏感也可以充当缓冲电感。

下面以buck电路为例,说明吸收和缓冲电路的工作流程:


当L-MOS打开时,PHASE点会出现电压尖峰。这种尖峰会对L-MOS造成威胁,导致L-MOS被烧坏或寿命大幅缩短。PHASE后的线路,由于有储能大电感的存在,瞬时变化的电流I不能通过电感。所以对瞬时(高频)电压电流而言,其路径只能是通过L-MOS。实际电路中多余的能量大部分是由L-MOS的内阻消耗的。由于等效电容很小,所以多余能量(电荷)能够在电容两端造成较大的电压。所以减小电压尖峰的方法是减小流入等效电容的电荷数量。

RC-snubber电路从两个方面去解决电压尖峰的问题:

  • 对PHASE点电压等于输入电压时的电感电流分流,这样使得流入L-MOS等效电容的电流大大减小。而snubber电容的容值选取较大,吸收了多余的能量后产生的电压不会太大。这样使得PHASE点的电压尖峰减小。

  • RC中的电阻起到阻尼作用,将谐振能量以热能消耗掉。

RC-snubber电路的好处有:

  • 增强phase点的信号完整性。
  • 保护L-MOS提高系统可靠性。
  • 改善EMI。

RC-snubber电路的坏处:

  • PHASE点电压等于输入电压时需要更多的能量,所以在每次开关时都要消耗更多的能量,降低了电源转换效率。
  • RC选取不好就会起反作用。



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