开关电源之“吸收和缓冲”

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demi 发布于:周一, 05/11/2020 - 17:08 ,关键词:

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:

开关电源之“吸收和缓冲”

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:

开关电源之“吸收和缓冲”

开关电源之“吸收和缓冲”

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。

本文转自:硬件助手,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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