【導讀】基本拓撲電路上一般沒(méi)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，不是拓撲需要。
基本拓撲電路上一般沒(méi)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，不是拓撲需要。
吸收與緩沖的功效：
● 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(kāi)關(guān)）器件損耗，或者實(shí)現某種程度的關(guān)軟開(kāi)
● 降低di/dt和dv/dt，降低振鈴，改善EMI品質(zhì)
● 提高效率（提高效率是可能的，但弄不好也可能降低效率）
也就是說(shuō)，防止器件損壞只是吸收與緩沖的功效之一，其他功效也是很有價(jià)值的。
吸收
吸收是對電壓尖峰而言。
電壓尖峰的成因：
● 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(xiàn)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是：
● 減少可能引起電壓尖峰的電感，比如漏感、布線(xiàn)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(huà)，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(shù)措施
拓撲吸
將開(kāi)關(guān)管Q1、拓撲續流二極管D1和一個(gè)無(wú)損的拓撲電容C2組成一個(gè)在布線(xiàn)上盡可能簡(jiǎn)短的吸收回路。
拓撲吸收的特點(diǎn)：
● 同時(shí)將Q1、D1的電壓尖峰、振鈴減少到最低程度。
● 拓撲吸收是無(wú)損吸收，效率較高。
● 吸收電容C2可以在大范圍內取值。
● 拓撲吸收是硬開(kāi)關(guān)，因為拓撲是硬開(kāi)關(guān)。
體二極管反向恢復吸收
開(kāi)關(guān)器件的體二極管的反向恢復特性，在關(guān)斷電壓的上升沿發(fā)揮作用，有降低電壓尖峰的吸收效應。
RC 吸收
● RC吸收的本質(zhì)是阻尼吸收。
● 有人認為R 是限流作用，C是吸收。實(shí)際情況剛好相反。
● 電阻R 的最重要作用是產(chǎn)生阻尼，吸收電壓尖峰的諧振能量，是功率器件。
● 電容C的作用也并不是電壓吸收，而是為R阻尼提供能量通道。
● RC吸收并聯(lián)于諧振回路上，C提供諧振能量通道，C 的大小決定吸收程度，最終目的是使R形成功率吸收。
● 對應一個(gè)特定的吸收環(huán)境和一個(gè)特定大小的電容C，有一個(gè)最合適大小的電阻R，形成最大的阻尼、獲得最低的電壓尖峰。
● RC吸收是無(wú)方向吸收，因此RC吸收既可以用于單向電路的吸收，也可用于雙向或者對稱(chēng)電路的吸收。
RC 吸收設計
● RC吸收的設計方法的難點(diǎn)在于：吸收與太多因素有關(guān)，比如漏感、繞組結構、分布電感電容、器件等效電感電容、電流、電壓、功率等級、di/dt、dv/dt、頻率、二極管反向恢復特性等等。而且其中某些因素是很難獲得準確的設計參數的。
● 比如對二極管反壓的吸收，即使其他情況完全相同，使用不同的二極管型號需要的RC吸收參數就可能有很大差距。很難推導出一個(gè)通用的計算公式出來(lái)。
● R 的損耗功率可大致按下式估算：
Ps = FCU2
其中U為吸收回路拓撲反射電壓。
● 工程上一般應該在通過(guò)計算或者仿真獲得初步參數后，還必須根據實(shí)際布線(xiàn)在板調試，才能獲得最終設計參數。
RCD 吸收
特點(diǎn)
● RCD吸收不是阻尼吸收，而是靠非線(xiàn)性開(kāi)關(guān)D 直接破壞形成電壓尖峰的諧振條件，把電壓尖峰控制在任何需要的水平。
● C 的大小決定吸收效果（電壓尖峰），同時(shí)決定了吸收功率（即R的熱功率）。
● R 的作用只是把吸收能量以熱的形式消耗掉。其電阻的最小值應該滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)管的電流限制，最大值應該滿(mǎn)足PWM逆程RC放電周期需要，在此范圍內取值對吸收效果影響甚微。
● RCD吸收會(huì )在被保護的開(kāi)關(guān)器件上實(shí)現某種程度的軟關(guān)斷，這是因為關(guān)斷瞬間開(kāi)關(guān)器件上的電壓即吸收電容C上的電壓等于0，關(guān)斷動(dòng)作會(huì )在C 上形成一個(gè)充電過(guò)程，延緩電壓恢復，降低dv/dt，實(shí)現軟關(guān)斷。
不適應性
● RCD吸收一般不適合反激拓撲的吸收，這是因為RCD吸收可能與反激拓撲相沖突。
● RCD吸收一般不適合對二極管反壓尖峰的吸收，因為RCD吸收動(dòng)作有可能加劇二極管反向恢復電流。
鉗位吸收
RCD 鉗位
● 盡管RCD鉗位與RCD吸收電路可以完全相同，但元件參數和工況完全不同。RCD吸收RC時(shí)間常數遠小于PWM周期，而RCD鉗位的RC時(shí)間常數遠大于PWM周期。
● 與RCD吸收電容的全充全放工況不同，RCD鉗位的電容可以看成是電壓源，其RC充放電幅度的谷值應不小于拓撲反射電壓，峰值即鉗位電壓。
● 由于RCD鉗位在PWM電壓的上升沿和下降沿都不會(huì )動(dòng)作，只在電壓尖峰出現時(shí)動(dòng)作，因此RCD鉗位是高效率的吸收。
齊納鉗位
● 齊納鉗位的幾種形式。
● 齊納鉗位也是在電壓尖峰才起作用，也是高效率吸收。
● 某些場(chǎng)合，齊納鉗位需要考慮齊納二極管的反向恢復特性對電路的影響。
● 齊納吸收需注意吸收功率匹配,必要時(shí)可用有源功率器件組成大功率等效電路
無(wú)損吸收
無(wú)損吸收的條件
● 吸收網(wǎng)絡(luò )不得使用電阻。
● 不得形成LD電流回路。
● 吸收回路不得成為拓撲電流路徑。
● 吸收能量必須轉移到輸入側或者輸出側。
● 盡量減少吸收回路二極管反向恢復電流的影響。
無(wú)損吸收是強力吸收，不僅能夠吸收電壓尖峰，甚至能夠吸收拓撲反射電壓，比如：
緩沖
緩沖是對沖擊尖峰電流而言
● 引起電流尖峰第一種情況是二極管（包括體二極管）反向恢復電流。
● 引起電流尖峰第二種情況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(lèi)型的電感，可以是以下類(lèi)型：
緩沖的特性：
● 由于緩沖電感的串入會(huì )顯著(zhù)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(shí)現某種程度的軟開(kāi)通（ZIS)。
● 變壓器漏感也可以充當緩沖電感。
LD 緩沖
特點(diǎn)：
● 可不需要吸收電路配合。
● 緩沖釋能二極管與拓撲續流二極管電流應力相當甚至更大。
● 緩沖釋能二極管的損耗可以簡(jiǎn)單理解為開(kāi)關(guān)管減少的損耗。
● 適當的緩沖電感（L3）參數可以大幅度減少開(kāi)關(guān)管損耗，實(shí)現高效率。
LR 緩沖
特點(diǎn)：
● 需要吸收電路配合以轉移電感剩余能量。
● 緩沖釋能電阻R的損耗較大，可簡(jiǎn)單理解為是從開(kāi)關(guān)管轉移出來(lái)的損耗。
● R、L參數必須實(shí)現最佳配合，參數設計調試比較難以掌握。
● 只要參數適當仍然能夠實(shí)現高效率。
飽和電感緩沖
● 飽和電感的電氣性能表現為對di/dt敏感。
● 在一個(gè)沖擊電流的上升沿，開(kāi)始呈現較大的阻抗，隨著(zhù)電流的升高逐漸進(jìn)入飽和，從而延緩和削弱了沖擊電流尖峰，即實(shí)現軟開(kāi)通。
● 在電流達到一定程度后，飽和電感因為飽和而呈現很低的阻抗，這有利于高效率地傳輸功率。
● 在電流關(guān)斷時(shí)，電感逐漸退出飽和狀態(tài)，一方面，由于之前的飽和狀態(tài)的飽和電感量非常小，即儲能和需要的釋能較小。另一方面，退出時(shí)電感量的恢復可以減緩電壓的上升速度，有利于實(shí)現軟關(guān)斷。
● 以L(fǎng)s2為例，5u表示磁路截面積5mm2，大致相當于1顆PC40材質(zhì)4*4*2的小磁芯。
飽和電感特性
● 熱特性
飽和電感是功率器件，通過(guò)進(jìn)入和退出飽和過(guò)程的磁滯損耗（而不是渦流損耗或者銅損）吸收電流尖峰能量，主要熱功率來(lái)自于磁芯。
這一方面要求磁芯應該是高頻材料，另一方面要求磁芯溫度在任何情況下不得超過(guò)居里溫度。這意味著(zhù)飽和電感的磁芯應該具有最有利的散熱特性和結構，即：更高的居里溫度、更高的導熱系數、更大的散熱面積、更短的熱傳導路徑。
● 飽和特性
顯然飽和電感一般不必考慮使用氣隙或者不易飽和的低導磁率材料。
● 初始電感等效特性
在其他條件相同情況下，較低導磁率的磁芯配合較多匝數、與較高導磁率的磁芯配合較少匝數的飽和電感初始電感相當，緩沖效果大致相當。
這意味著(zhù)直接采用1 匝的穿心電感總是可能的，因為任何多匝的電感總可以找到更高導磁率的磁芯配合1 匝等效之。這還意味著(zhù)磁芯最高導磁率受到限制，如果一個(gè)適合的磁芯配合1 匝的飽和電感，將沒(méi)有使用更高導磁率的磁芯配合更少匝數的可能。
● 磁芯體積等效特性
在其他條件相同情況下，相同體積的磁芯的飽和電感緩沖效果大致相當。既然如此，磁芯可以按照最有利于散熱的磁路進(jìn)行設計。比如細長(cháng)的管狀磁芯比環(huán)狀磁芯、多個(gè)小磁芯比集中一個(gè)大磁芯、穿心電感比多匝電感顯然具有更大的散熱表面積。
● 組合特性
有時(shí)候，單一材質(zhì)的磁芯并不能達到工程上需要的緩沖效果，采用多種材質(zhì)的磁芯相互配合或許才能能夠滿(mǎn)足工程需要。
無(wú)源無(wú)損緩沖吸收
● 如果緩沖電感本身是無(wú)損的（非飽和電感），而其電感儲能又是經(jīng)過(guò)無(wú)損吸收的方式處理的，即構成無(wú)源無(wú)損緩沖吸收電路，實(shí)際上這也是無(wú)源軟開(kāi)關(guān)電路。
● 緩沖電感的存在延遲和削弱的開(kāi)通沖擊電流，實(shí)現了一定程度的軟開(kāi)通。
● 無(wú)損吸收電路的存在延遲和降低了關(guān)斷電壓的dv/dt，實(shí)現了一定程度的軟關(guān)斷。
● 實(shí)現無(wú)源軟開(kāi)關(guān)的條件與無(wú)損吸收大致相同。并不是所有拓撲都能夠搭建出一個(gè)無(wú)源軟開(kāi)關(guān)電路。因此除了經(jīng)典的電路外，很多無(wú)源軟開(kāi)關(guān)電路都是被專(zhuān)利的熱門(mén)。
● 無(wú)源無(wú)損軟開(kāi)關(guān)電路效率明顯高于其他緩沖吸收方式，與有源軟開(kāi)關(guān)電路效率相差無(wú)幾。因此只要能夠實(shí)現無(wú)源軟開(kāi)關(guān)的電路，可不必采用有源軟開(kāi)關(guān)。
吸收緩沖電路性能對
濾波緩
● 電路中的電解電容一般具有較大的ESR（典型值是百毫歐姆數量級），這引起兩方面問(wèn)題：一是濾波效果大打折扣；二是紋波電流在ESR上產(chǎn)生較大損耗，這不僅降低效率，而且由于電解電容發(fā)熱直接導致的可靠性和壽命問(wèn)題。
● 一般方法是在電解電容上并聯(lián)高頻無(wú)損電容，而事實(shí)上，這一方法并不能使上述問(wèn)題獲得根本的改變，這是由于高頻無(wú)損電容在開(kāi)關(guān)電源常用頻率范圍內仍然存在較大的阻抗的緣故。
● 提出的辦法是：用電感將電解和CBB分開(kāi)，CBB位于高頻紋波電流側，電解位于直流（工頻）側，各自承擔對應的濾波任務(wù)。
● 設計原則：Π形濾波網(wǎng)絡(luò )的諧振頻率Fn應該錯開(kāi)PWM頻率Fp?？扇p=（1.5～２）Fn 。
● 這一設計思想可以延伸到直流母線(xiàn)濾波的雙向緩沖，或者其他有較大濾波應力的電路結構。
振鈴
振鈴的危害：
● MEI測試在振鈴頻率容易超標。
● 振鈴將引起振鈴回路的損耗，造成器件發(fā)熱和降低效率。
● 振鈴電壓幅度超過(guò)臨界值將引起振鈴電流，破環(huán)電路正常工況，效率大幅度降低。
振鈴的成因：
● 振鈴多半是由結電容和某個(gè)等效電感的諧振產(chǎn)生的。對于一個(gè)特定頻率的振鈴，總可以找到原因。電容和電感可以確定一個(gè)頻率，而頻率可以觀(guān)察獲得。電容多半是某個(gè)器件的結電容，電感則可能是漏感。
● 振鈴最容易在無(wú)損（無(wú)電阻的）回路發(fā)生。比如：副邊二極管結電容與副邊漏感的諧振、雜散電感與器件結電容的諧振、吸收回路電感與器件結電容的諧振等等。
振鈴的抑制：
● 磁珠吸收，只要磁珠在振鈴頻率表現為電阻，即可大幅度吸收振鈴能量，但是不恰當的磁珠也可能增加振鈴。
● RC 吸收，其中C可與振鈴（結）電容大致相當，R 按RC吸收原則選取。
● 改變諧振頻率，比如：只要將振鈴頻率降低到PWM頻率相近，即可消除PWM上的振鈴。
● 特別地，輸入輸出濾波回路設計不當也可能產(chǎn)生諧振，也需要調整諧振頻率或者其他措施予以規避。
吸收緩沖能量再利用
RCD吸收能量回收電路
只要將吸收電路的正程和逆程回路分開(kāi)，形成相對0 電位的正負電流通道，就能夠獲得正負電壓輸出。其設計要點(diǎn)為：
RCD吸收電路參數應主要滿(mǎn)足主電路吸收需要，不建議采用增加吸收功率的方式增加直流輸出功率。
