開關電源之「吸收和緩衝」

本文主要介紹開關電源中的吸收緩衝電路。

電源的基本拓撲電路上一般沒有吸收緩衝電路，實際電路上一般有吸收緩衝電路，吸收與緩衝是工程需要，不是拓撲需要。吸收與緩衝的作用如下：

防止器件損壞，吸收防止電壓擊穿，緩衝防止電流擊穿；

使功率器件遠離危險工作區，從而提高可靠性；

降低開關器件損耗，或者實現某種程度的軟開關；

降低di/dt和dv/dt，降低振鈴，改善EMI品質。

也就是說，防止器件損壞只是吸收與緩衝的作用之一。

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：拓撲電流、二極體反向恢復電流、不恰當的諧振電流等。

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，比如二極體反向恢復電流等；

如果可能的話，將上述電感能量轉移到別處；

採取上述措施後電壓尖峰仍然不能接受，最後才考慮吸收。吸收是不得已的技術措施。

緩衝是對衝擊尖峰電流而言，電流尖峰的成因如下：

引起電流尖峰的第一種原因是二極體（包括體二極體）反向恢復電流。

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、設計不恰當的吸收電容、設計不恰當的諧振電容、器件的等效模型中的電容成分等等。

緩衝的基本方法：在衝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：

緩衝的特性：

由於緩衝電感的串入會顯著增加吸收的工作量，因此緩衝電路一般需要與吸收電路配合使用；

緩衝電路延緩了導通電流衝擊，可實現某種程度的軟開通（ZIS）；

變壓器漏感也可以充當緩衝電感。

下面以buck電路為例，說明吸收和緩衝電路的工作流程：

當L-MOS打開時，PHASE點會出現電壓尖峰。這種尖峰會對L-MOS造成威脅，導致L-MOS被燒壞或壽命大幅縮短。PHASE後的線路，由於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。實際電路中多餘的能量大部分是由L-MOS的內阻消耗的。由於等效電容很小，所以多餘能量（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量。

RC-snubber電路從兩個方面去解決電壓尖峰的問題：

對PHASE點電壓等於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，吸收了多餘的能量後產生的電壓不會太大。這樣使得PHASE點的電壓尖峰減小。

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phase點的信號完整性。

保護L-MOS提高系統可靠性。

改善EMI。

RC-snubber電路的壞處：

PHASE點電壓等於輸入電壓時需要更多的能量，所以在每次開關時都要消耗更多的能量，降低了電源轉換效率。

RC選取不好就會起反作用。

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