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開關電源之“吸收和緩沖”

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年05月23日  

電源的基本拓撲電路上一般沒有吸收緩沖電路,實際電路上一般有吸收緩沖電路,吸收與緩沖是工程需要,不是拓撲需要。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、二極管反向恢復電流、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,比如二極管反向恢復電流等;

如果可能的話,將上述電感能量轉移到別處;

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;

緩沖電路延緩了導通電流沖擊,可實現某種程度的軟開通(ZIS);

變壓器漏感也可以充當緩沖電感。

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。實際電路中多余的能量大部分是由L-MOS的內阻消耗的。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點電壓等于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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