开关电源中吸收缓冲电路的设计与仿真世纪电源网2010深圳电源技术研讨会李义

摘要：开关电源中缓冲电路性能的好坏直接影响到系统的品质。

文中给出了一种结构简单、安装方便的RC缓冲电路的设计方法，该方法不仅能降低开关管的关断损耗，而且还能降低变压器的漏感和尖峰电压。

0 引言在带变压器的开关电源拓扑中，开关管关断时，电压和电流的重叠引起的损耗是开关电源损耗的主要部分，同时，由于电路中存在杂散电感和杂散电容，在功率开关管关断时，电路中也会出现过电压并且产生振荡。

如果尖峰电压过高，就会损坏开关管。

同时，振荡的存在也会使输出纹波增大。

为了降低关断损耗和尖峰电压，需要在开关管两端并联缓冲电路以改善电路的性能。

缓冲电路的主要作用有：一是减少导通或关断损耗；二是降低电压或电流尖峰；三是降低dV／dt或dI／dt。

由于MOS FET管的电流下降速度很快，所以它的关断损耗很小。

虽然MOSFET管依然使用关断缓冲电路，但它的作用不是减少关断损耗，而是降低变压器漏感尖峰电压。

本文主要针对MOSFET管的关断缓冲电路来进行讨论。

1 RC缓冲电路设计在设计RC缓冲电路时，必须熟悉主电路所采用的拓扑结构情况。

图1所示是由RC组成的正激变换器的缓冲电路。

图中，当Q关断时，集电极电压开始上升到2Vdc，而电容C限制了集电极电压的上升速度，同时减小了上升电压和下降电流的重叠，从而减低了开关管Q的损耗。

而在下次开关关断之前，C必须将已经充满的电压2Vdc放完，放电路径为C、Q、R。

假设开关管没带缓冲电路，图1所示的正激变换器的复位绕组和初级绕组匝数相同。

这样，当Q关断瞬间，储存在励磁电感和漏感中的能量释放，初级绕组两端电压极性反向，正激变换器的开关管集电极电压迅速上升到2Vdc。

同时，励磁电流经二极管D流向复位绕组，最后减小到零，此时Q两端电压下降到Vdc。

图2所示是开关管集电极电流和电压波形。

可见，开关管不带缓冲电路时，在Q关断时，其两端的漏感电压尖峰很大，产生的关断损耗也很大，严重时很可能会烧坏开关管，因此，必须给开关管加上缓冲电路。

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缓冲电路的作用与基本类型1、缓冲电路的作用与基本类型电力电子器件的缓冲电路(snubber circuit)又称吸收电路，它是电力电子器件的一种重要的保护电路，不仅用于半控型器件的保护，而且在全控型器件（如GTR、GTO、功率MOSFET和IGBT等）的应用技术中起着重要的作用。

晶闸管开通时，为了防止过大的电流上升率而烧坏器件，往往在主电路中串入一个扼流电感，以限制过大的di/dt，串联电感及其配件组成了开通缓冲电路，或称串联缓冲电路。

晶闸管关断时，电源|稳压器电压突加在管子上，为了抑制瞬时过电压和过大的电压上升率，以防止晶闸管内部流过过大的结电容电流而误触发，需要在晶闸管的两端并联一个RC网络，构成关断缓冲电路，或称并联缓冲电路。

GTR、GTO等全控型自关断器件在实际使用中都必须配用开通和关断缓冲电路；但其作用与晶闸管的缓冲电路有所不同，电路结构也有差别。

主要原因是全控型器件的工作频率要比晶闸管高得多，因此开通与关断损耗是影响这种开关器件正常运行的重要因素之一。

例如，GTR在动态开关过程中易产生二次击穿的现象，这种现象又与开关损耗直接相关。

所以减少全控器件的开关损耗至关重要，缓冲电路的主要作用正是如此，也就是说GTR和功率MOSFET用缓冲电路抑制di/dt和du/dt，主要是为了改变器件的开关轨迹，使开关损耗减少，进而使器件可靠地运行。

图1(a)是没有缓冲电路时GTR开关过程中集电极电压uCE和集电极电流i C的波形，由图可见开通和关断过程中都存在uCE和iC同时达到最大值的时刻；因此出现了瞬时的最大开关损耗功率Pon和Poff，从而危及器件的安全。

所以，应采用开通和关断缓冲电路，抑制开通时的di/dt，降低关断时的du/dt，使uCE 和iC的最大值不会同时出现。

图1(b)是GTR开关过程中的uCE和iC的轨迹，其中轨迹1和2是没有缓冲电路的情况，开通时uCE由UCC（电源电压）经矩形轨迹降到0，相应地i C由0升到ICM；关断时iC由ICM经矩形轨迹降到0，相应地uCE由0升高到UCC。

缓冲吸收电路分析1.2.3 开关吸收电路电力电子器件多工作于开关状态，在开关过程中，电流在器件中的不均匀分布，导致局部过流、过热，而且开关过程中，器件容易同时承受较大的电压和电流，开关损耗较大，损耗造成的发热容易损坏器件；其次由于线路杂散电感的作用，在器件关断过程中，容易承受较大的尖峰电压，使器件击穿。

为了解决这个问题，我们可以采用缓冲吸收（Snubber ）电路。

其作用有：限制u ，i ，di/dt ，du/dt ，改善开关条件等。

吸收电路的基本原理就是在主开关管所在回路上以一容性支路与之并联，利用电容两端电压不能突变特性承受电流的突然下降，在主管器件关断时提供一条分流路径，避免承受由寄生电感引起的过电压，在开关管电流下降期间维持其端电压在零附近，实现零点压自然关断。

以一个感性元件与主管串连，利用电感之中电流不能突变的特性在开通期间为主管提供一个分压元件，减缓主管电流的上升速度，避免在加电压的同时承载大电流，在管电压下降期间保持其负载电流在零附近。

因此我们希望的开关过程中的电压电流轨迹如图：在器件导通（Ton ）期间，缓冲电路抑制电流Ic 的增加，当电压Uce 下降到一定程度时，电流Ic 开始快速增大。

在器件关断（Toff ）期间，缓冲电路抑制电压Uce 的上升，当电流Ic 快速下降到一定程度时，Uce 开始快速上升。

为了在文中叙述方便，我们对缓冲吸收电路中的元件和符号作如下规定：电压源：s V负载电阻：R ，负载电感：L ，负载电容：C由于在电力电子电路中，负载一般为感性负载，同时有电阻和电感，所以我们可以表示为负载阻抗：ZIGBT ，GTO 等有源功率开关：i K ，I ＝1、2、3…… 基本电路用二极管：D 吸收电路用二极管：s D用于主管零电流开通和续流二极管零电流关断的吸收电感：s L 用于主管零电压关断和续流二极管零电流开通的吸收电容：s C 用于吸收能量的存储和转移的电感：r L 用于吸收能量的存储和转移的电容：r C另外，C i 表示开关器件的集电极电流，CE U 表示器件两端的电压。

总第470期2021年第2期Control and Information Technology61SiC-MOSFET开关模块RC缓冲吸收电路的参数优化设计施洪亮，罗德伟，王佳佳，谭渺，杨奎，周帅，饶沛南(株洲中车时代电气股份有限公司，湖南株洲412001)摘要：针对SiC-MOSFET开关模块开关速度快、开关电压尖峰高、缓冲吸收电路参数难以确定的问题，文章提出一种RC缓冲吸收电路参数快速优化设计方法。

该方法基于包含寄生参数的电路分析模型并利用双脉冲电路，通过不同的缓冲吸收电路参数曲线来确定电路参数的优化区间并选取最优的缓冲吸收电路参数。

仿真和实验结果表明，采用该方法能够针对SiC-MOSFET开关模块关断尖峰电压和缓冲吸收电路总损耗快速设计出满足要求的电路参数，使关断尖峰电压和缓冲吸收电路损耗处于系统优化的最佳区间。

关键词：SiC;RC缓冲吸收；双脉冲；寄生参数；电压尖峰；优化设计中图分类号：TN35文献标识码：A文章编号：2096-5427(2021)02-0061-06doi:10.13889/j.issn.2096-5427.2021.02.010Optimized Parameter Design of RC Snubber Circuit forSiC-MOSFET ModuleSHI Hongliang,LUO Dewei,WANG Jiajia,TAN Miao,YANG Kui,ZHOU Shuai,RAO Peinan(Zhuzhou CRRC Times Electric Co.,Ltd.,Zhuzhou,Hunan412001,China)Abstract:This paper proposes a fast optimization design method for RC snubber circuit parameters in order to solve the high switching voltage spikes of SiC while high switching and difficulties in snubber circuit parameters.This method is based on the circuit analysis model of double-pulse circuit including parasitic parameters.Different snubber parameter curves are used to determine the optimal interval of circuit parameters and select the best snubber parameters.The simulation and experimental results show that the method can quickly optimize the design of the circuit parameters that meet the requirements for the turn-off voltage spike of SiC switching devices and the total loss of the snubber circuit,and the spike voltage and the loss of the snubber circuits are in the optimal range for system optimization.Keywords:SiC;RC snubber;double pulse;parasitic parameters;spike voltage;optimal design0引言SiOMOSFET开关模块（简称“SiC模块”）由于其高开关速度、高耐压、低损耗的特点特别适合于高频、大功率的应用场合。

单端反激式开关电源的设计及仿真研究来源：电源在线网Single-ended Flyback Switching Power Supply Design and Simulation马暖，苟艳娜，李晓青兰州交通大学自动化与电气工程学院(甘肃兰州730070)Ma nuan, Gou yanna, Li xiaoqing, School of Automation & Electrical Engineering, Lanzhou Jiaotong University(Lanzhou, 730070, China)摘要：电源是各类电子设备的重要组成部分。

设计了以SG1844控制器为核心的单端反激式开关电源的电路，给出了系统的变压器、电压环以及电流环的主要参数设计方法，建立了模型并运用ORCAD/PSPICE对开关电源的整体电路进行仿真实验，结果表明该设计的可行性。

关键词：开关电源双环控制高频变压器PSPICE仿真Abstract：V arious types of electronic equipment, power supply is an important part. SG1844 controller is designed with the core of single-ended flyback switching power supply circuit, given the system transformer, the voltage loop and current loop of the main parameters of the design method, a model and the use of ORCAD/PSPICE for the overall switching power supply circuit simulation results show the feasibility of the design.Keywords: Switching power supply, Dual-loop control, High frequency transformer, PSPICE Simulation［中图分类号］TN86 ［文献标识码］ A 文章编号：1561-0349（2011）09-1 引言由于开关电源既节能又带来巨大的经济效益，引起社会各界的重视而得到迅速推广。

开关电源的缓冲电路设计作者：许州邓颖孔祥波来源：《科技创新导报》2011年第07期摘要:随着开关电源工作频率的提高,开关器件承受很大的热量和电应力,从而形成过电压。

为此,常常需要设置各种缓冲电路对其进行抑制。

重点分析比较了三种缓冲电路,并指出了各自的特点及设计要点。

RCD缓冲电路的箝位电压随电阻减小而减小,但损耗增大;LCD缓冲电路的LC谐振频率要求小于开关频率;能量回馈缓冲电路的箝位电压较低,不需要额外的电感。

最后,给出了LCD 缓冲电路的设计结果,实现了无损耗箝位。

关键词:开关电源缓冲电路无损耗箝位能量回馈中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)03(a)-0068-011 引言随着电力电子技术的发展,开关电源正趋向于小型化和轻量化。

为了减小电源的体积和重量,提高开关频率是最可行的方法。

然而,随着开关频率的提高,开关损耗也越来越大,带来了效率降低和发热严重的问题。

目前,有很多种方法可以实现缓冲吸收的目的。

总体上主要通过两种方法:一是减小漏电感;二是耗散过电压的能量,或者使能量反馈回电源中。

减小漏感主要靠工艺;耗散过电压的能量通过与变压器或者开关管并联的缓冲电路;能量反馈回电源则采用附加的线圈(电感)和定向二极管。

2 RCD 缓冲电路RCD缓冲电路以其结构简单、成本低廉的特点而得以广泛应用。

但是,由于RCD 缓冲电路的箝位电压会随着负载的变化而变化,如果参数设计不合理,该电路会降低系统的效率,或者达不到箝位要求，而使开关管损坏。

常用的RCD箝位电路如图所示,包含箝位电容C、耗散电阻R 和二极管D。

2.1 RCD缓冲电路当开关管导通时,输入电压V in加在变压器绕组上,由于二极管反向偏置,阻止箝位电容的放电,所以VC≈0。

当开关管关断时,变压器漏感中的能量给开关管的漏源极间电容和电路中的其他杂散电容充电,直到漏源电压达到Vin,二极管导通,箝位电容电压逐渐上升,即漏源电压也逐渐上升,而且箝位在2Vin数值。

缓冲吸收电路1. 介绍缓冲吸收电路是一种常用的电路设计技术，用于防止信号干扰和保护电路。

它的主要功能是在电路之间建立一个缓冲区，将输入信号的电压和电流进行匹配，从而阻止信号在电路之间的传递，并最大限度地吸收或消除信号干扰。

本文将详细介绍缓冲吸收电路的原理、设计和应用。

2. 原理缓冲吸收电路的原理是利用电流放大器或运放来实现的。

它通过增加电路之间的阻抗来阻止信号的传输，从而保护输入或输出电路。

缓冲吸收电路的核心思想是将输入信号的电流和电压转换为高阻抗输出，这样就可以有效地减少信号的干扰和损耗。

3. 设计设计缓冲吸收电路时需要考虑以下几个关键因素：3.1 电路匹配为了实现最佳的信号传输和干扰抑制效果，缓冲吸收电路的输入和输出电阻应该相互匹配。

通常情况下，输入电阻和输出电阻应该相等或非常接近，以避免信号的失真和损耗。

3.2 信号范围缓冲吸收电路应该能够处理各种信号范围，包括小信号和大信号。

为了实现对信号的放大和衰减，可以在电路中引入可调节的增益和衰减电路。

3.3 输入和输出容量缓冲吸收电路应该有足够的输入和输出容量来处理不同的信号源和负载。

为了增加输入和输出容量，可以使用运放等高增益设备。

3.4 电源噪声抑制为了减少电源噪声对信号的影响，缓冲吸收电路应该具有良好的电源噪声抑制能力。

可以通过添加滤波器和稳压器等元件来降低电源噪声。

4. 应用缓冲吸收电路在电子设备中有广泛的应用。

以下是一些常见的应用场景：4.1 信号传输在长距离信号传输中，缓冲吸收电路可以用来抵消信号干扰和衰减。

它可以通过调节增益来放大信号，并通过匹配输入和输出电阻来保证信号的准确传输。

4.2 信号放大缓冲吸收电路可以用作信号放大器，在信号源和负载之间建立一个缓冲区。

通过调节增益和输出电阻，可以实现对信号的放大和衰减。

4.3 电路保护在电路设计中，缓冲吸收电路可以用来保护输入或输出电路，防止信号干扰和电路损坏。

它可以阻止信号的传输，并吸收或消除电磁干扰等外部信号。

专利名称：一种开关电源漏感吸收电路专利类型：实用新型专利
发明人：李冲
申请号：CN201721508539.3
申请日：20171110
公开号：CN207504757U
公开日：
20180615
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种开关电源漏感吸收电路，包括电容(C1)、二极管(D1)，所述电容(C1)的一端与VCC电源连接，所述电容(C1)的另一端与二极管(D1)的负极连接，还包括有降压元件，所述降压元件的正极与所述电容(C1)的一端连接，所述降压元件的负极与所述电容(C1)的另一端连接，所述电容(C1)的一端与变压器的正极第一输入端连接，所述电容(C1)的另一端通过二极管(D1)与变压器的正极第二输入端连接，实现对电路电压尖峰吸收，这样既保护场效应管，又降低电路损耗，该电路设计调试也大大简化。

申请人：深圳睿舍智能科技有限公司
地址：518000 广东省深圳市龙华区民治街道民康路民泰大厦707
国籍：CN
代理机构：东莞市神州众达专利商标事务所(普通合伙)
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