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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。
吸收与缓冲的功效
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关软开降低di/dt和dv/dt，降低振铃，改善EMI品质
提高效率(提高效率是可能的，但弄不好也可能降低效率)也就是说，防止器件损坏只是吸收与缓冲的功效之一，其他功效也是很有价值的。
吸收
吸收是对电压尖峰而言。
电压尖峰的成因 :
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是：
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拓扑吸收
将开关管Q1、拓扑续流二极管D1和一个无损的拓扑电容C2组成一个在布线上尽可能简短的吸收回路。
拓扑吸收的特点：




同时将Q1、D1的电压尖峰、振铃减少到最低程度。
拓扑吸收是无损吸收，效率较高。
吸收电容C2可以在大范围内取值。
拓扑吸收是硬开关，因为拓扑是硬开关。
体二极管反向恢复吸收
开关器件的体二极管的反向恢复特性，在关断电压的上升沿发挥作用，有降低电压尖峰的吸收效应。
RC 吸收




有人认为R 是限流作用，C是吸收。实际情况刚好相反。
电阻R 的最重要作用是产生阻尼，吸收电压尖峰的谐振能量，是功率器件。
电容C的作用也并不是电压吸收，而是为R阻尼提供能量通道。
RC吸收并联于谐振回路上，C提供谐振能量通道，C 的大小决定吸收程度，最终目的是使R形成功率吸收。
对应一个特定的吸收环境和一个特定大小的电容C，有一个最合适大小的电阻R，形成最大的阻尼、获得最低的电压尖峰。
RC吸收是无方向吸收，因此RC吸收既可以用于单向电路的吸收，也可用于双向或者对称电路的吸收。
RC 吸收设计




RC吸收的设计方法的难点在于：吸收与太多因素有关，比如漏感、绕组结构、分布电感电容、器件等效电感电容、电流、电压、功率等级、di/dt、dv/dt、频率、二极管反向恢复特性等等。而且其中某些因素是很难获得准确的设计参数的。
比如对二极管反压的吸收，即使其他情况完全相同，使用不同的二极管型号需要的RC吸收参数就可能有很大差距。很难推导出一个通用的计算公式出来。
R 的损耗功率可大致按下式估算：
Ps = FCU2
其中U为吸收回路拓扑反射电压。
工程上一般应该在通过计算或者仿真获得初步参数后，还必须根据实际布线在板调试，才能获得最终设计参数。
RCD 吸收
特点
RCD吸收不是阻尼吸收，而是靠非线性开关D 直接破坏形成电压尖峰的谐振条件，把电压尖峰控制在任何需要的水平。
C 的大小决定吸收效果(电压尖峰)，同时决定了吸收功率(即R的热功率)。
R 的作用只是把吸收能量以热的形式消耗掉。其电阻的最小值应该满足开关管的电流限制，最大值应该满足PWM逆程RC放电周期需要，在此范围内取值对吸收效果影响甚微。
RCD吸收会在被保护的开关器件上实现某种程度的软关断，这是因为关断瞬间开关器件上的电压即吸收电容C上的电压等于0，关断动作会在C 上形成一个充电过程，延缓电压恢复，降低dv/dt，实现软关断。

• 不适应性




• RCD吸收一般不适合反激拓扑的吸收，这是因为RCD吸收可能与反激拓扑相冲突。




• RCD吸收一般不适合对二极管反压尖峰的吸收，因为RCD吸收动作有可能加剧二极管反向恢复电流。




• 钳位吸收




• RCD 钳位




• 尽管RCD钳位与RCD吸收电路可以完全相同，但

• 元件

• 参数和工况完全不同。RCD吸收RC时间常数远小于PWM周期，而RCD钳位的RC时间常数远大于PWM周期。




• 与RCD吸收电容的全充全放工况不同，RCD钳位的电容可以看成是电压源，其RC充放电幅度的谷值应不小于拓扑反射电压，峰值即钳位电压。




• 由于RCD钳位在PWM电压的上升沿和下降沿都不会动作，只在电压尖峰出现时动作，因此RCD钳位是高效率的吸收。




• 齐纳钳位




• 齐纳钳位的几种形式。




• 齐纳钳位也是在电压尖峰才起作用，也是高效率吸收。




• 某些场合，齐纳钳位需要考虑齐纳二极管的反向恢复特性对电路的影响。




• 齐纳吸收需注意吸收功率匹配,必要时可用有源功率器件组成大功率等效电路无损吸收




• 无损吸收的条件




• 吸收网络不得使用电阻。




• 不得形成LD电流回路。




• 吸收回路不得成为拓扑电流路径。




• 吸收能量必须转移到输入侧或者输出侧。




• 尽量减少吸收回路二极管反向恢复电流的影响。




• 无损吸收是强力吸收，不仅能够吸收电压尖峰，甚至能够吸收拓扑反射电压，比如：




• 缓冲




• 缓冲是对冲击尖峰电流而言




• 引起电流尖峰第一种情况是二极管(包括体二极管)反向恢复电流。




• 引起电流尖峰第二种情况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：




• 缓冲的特性：




• 由于缓冲电感的串入会显着增加吸收的工作量，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。




• LD 缓冲




• 特点：




• 可不需要吸收电路配合。




• 缓冲释能二极管与拓扑续流二极管电流应力相当甚至更大。




• 缓冲释能二极管的损耗可以简单理解为开关管减少的损耗。




• 适当的缓冲电感(L3)参数可以大幅度减少开关管损耗，实现高效率。




• LR 缓冲




• 特点：




• 需要吸收电路配合以转移电感剩余能量。




• 缓冲释能电阻R的损耗较大，可简单理解为是从开关管转移出来的损耗。




• R、L参数必须实现最佳配合，参数设计调试比较难以掌握。




• 只要参数适当仍然能够实现高效率。




• 饱和电感缓冲




• 饱和电感的电气性能表现为对di/dt敏感。




• 在一个冲击电流的上升沿，开始呈现较大的阻抗，随着电流的升高逐渐进入饱和，从而延缓和削弱了冲击电流尖峰，即实现软开通。




• 在电流达到一定程度后，饱和电感因为饱和而呈现很低的阻抗，这有利于高效率地

• 传输

• 功率。




• 在电流关断时，电感逐渐退出饱和状态，一方面，由于之前的饱和状态的饱和电感量非常小，即储能和需要的释能较小。另一方面，退出时电感量的恢复可以减缓电压的上升速度，有利于实现软关断。




• 以Ls2为例，5u表示磁路截面积5mm2，大致相当于1颗PC40材质4*4*2的小

• 磁芯

• 。




• 饱和电感特性




• 热特性




• 饱和电感是功率器件，通过进入和退出饱和过程的磁滞损耗(而不是

• 涡流

• 损耗或者铜损)吸收电流尖峰能量，主要热功率来自于磁芯。




• 这一方面要求磁芯应该是高频材料，另一方面要求磁芯温度在任何情况下不得超过居里温度。这意味着饱和电感的磁芯应该具有最有利的

• 散热

• 特性和结构，即：更高的居里温度、更高的导热系数、更大的散热面积、更短的热传导路径。




• 饱和特性




• 显然饱和电感一般不必考虑使用气隙或者不易饱和的低导磁率材料。




• 初始电感等效特性




• 在其他条件相同情况下，较低导磁率的磁芯配合较多匝数、与较高导磁率的磁芯配合较少匝数的饱和电感初始电感相当，缓冲效果大致相当。




• 这意味着直接采用1 匝的穿心电感总是可能的，因为任何多匝的电感总可以找到更高导磁率的磁芯配合1 匝等效之。这还意味着磁芯最高导磁率受到限制，如果一个适合的磁芯配合1 匝的饱和电感，将没有使用更高导磁率的磁芯配合更少匝数的可能。




• 磁芯体积等效特性




• 在其他条件相同情况下，相同体积的磁芯的饱和电感缓冲效果大致相当。既然如此，磁芯可以按照最有利于散热的磁路进行设计。比如细长的管状磁芯比环状磁芯、多个小磁芯比集中一个大磁芯、穿心电感比多匝电感显然具有更大的散热表面积。




• 组合特性




• 有时候，单一材质的磁芯并不能达到工程上需要的缓冲效果，采用多种材质的磁芯相互配合或许才能能够满足工程需要。




• 无源无损缓冲吸收




• 如果缓冲电感本身是无损的(非饱和电感)，而其电感储能又是经过无损吸收的方式处理的，即构成无源无损缓冲吸收电路，实际上这也是无源软开关电路。




• 缓冲电感的存在延迟和削弱的开通冲击电流，实现了一定程度的软开通。




• 无损吸收电路的存在延迟和降低了关断电压的dv/dt，实现了一定程度的软关断。




• 实现无源软开关的条件与无损吸收大致相同。并不是所有拓扑都能够搭建出一个无源软开关电路。因此除了经典的电路外，很多无源软开关电路都是被专利的热门。




• 无源无损软开关电路效率明显高于其他缓冲吸收方式，与有源软开关电路效率相差无几。因此只要能够实现无源软开关的电路，可不必采用有源软开关。




• 吸收缓冲电路性能对比




• 滤波缓冲




• 电路中的电解电容一般具有较大的ESR(典型值是百毫欧姆数量级)，这引起两方面问题：一是滤波效果大打折扣;二是纹波电流在ESR上产生较大损耗，这不仅降低效率，而且由于电解电容发热直接导致的可靠性和寿命问题。




• 一般方法是在电解电容上并联高频无损电容，而事实上，这一方法并不能使上述问题获得根本的改变，这是由于高频无损电容在开关

• 电源

• 常用频率范围内仍然存在较大的阻抗的缘故。




• 提出的办法是：用电感将电解和CBB分开，CBB位于高频纹波电流侧，电解位于直流(工频)侧，各自承担对应的滤波任务。




• 设计原则：Π形滤波网络的谐振频率Fn应该错开PWM频率Fp。可取Fp=(1.5～2)Fn 。




• 这一设计思想可以延伸到直流母线滤波的双向缓冲，或者其他有较大滤波应力的电路结构。




• 振铃




• 振铃的危害：




• MEI

• 测试

• 在振铃频率容易超标。




• 振铃将引起振铃回路的损耗，造成器件发热和降低效率。




• 振铃电压幅度超过临界值将引起振铃电流，破环电路正常工况，效率大幅度降低。




• 振铃的成因：




• 振铃多半是由结电容和某个等效电感的谐振产生的。对于一个特定频率的振铃，总可以找到原因。电容和电感可以确定一个频率，而频率可以观察获得。电容多半是某个器件的结电容，电感则可能是漏感。




• 振铃最容易在无损(无电阻的)回路发生。比如：副边二极管结电容与副边漏感的谐振、杂散电感与器件结电容的谐振、吸收回路电感与器件结电容的谐振等等。




• 振铃的抑制：



• 磁珠

• 吸收，只要磁珠在振铃频率表现为电阻，即可大幅度吸收振铃能量，但是不恰当的磁珠也可能增加振铃。




• RC 吸收，其中C可与振铃(结)电容大致相当，R 按RC吸收原则选取。




• 改变谐振频率，比如：只要将振铃频率降低到PWM频率相近，即可消除PWM上的振铃。




• 特别地，输入输出滤波回路设计不当也可能产生谐振，也需要调整谐振频率或者其他措施予以规避。




• 吸收缓冲能量再利用




• RCD吸收能量回收电路




• 只要将吸收电路的正程和逆程回路分开，形成相对0 电位的正负电流通道，就能够获得正负电压输出。其设计要点为：




• RCD吸收电路参数应主要满足主电路吸收需要，不建议采用增加吸收功率的方式增加直流输出功率。