第4章第五节 缓冲吸收电路_4882074
缓冲级电路
缓冲级电路缓冲级电路是一种常见的电子电路，用于将输入信号的电压放大并输出到负载上，同时具有一定的电流放大能力。
它在电子设备中起到了重要的作用，能够提高信号的稳定性和传输能力。
缓冲级电路的基本原理是利用晶体管的放大作用。
晶体管是一种半导体器件，由P型和N型半导体材料组成。
在缓冲级电路中，常用的晶体管有NPN型和PNP型两种。
当输入信号加到晶体管的基极上时，晶体管进入放大状态，从而使得输出信号的电压得到放大。
这样，输入信号就能够被稳定地放大并传递到负载上，起到缓冲的作用。
缓冲级电路具有一定的电流放大能力。
在晶体管的工作过程中，电流也得到了放大。
这是因为晶体管的放大作用不仅涉及到电压，还涉及到电流。
当输入信号的电流通过晶体管时，晶体管将电流放大并输出到负载上，从而使得负载上的电流得到了放大。
这就增强了电流的传输能力，提高了信号的稳定性。
缓冲级电路的应用非常广泛。
在数字电路中，缓冲级电路常用于信号的驱动和传输。
由于它能够放大信号并保持信号的稳定性，使得信号能够在不同的电路之间传递，从而实现了数字电路中的逻辑运算和信号处理。
在模拟电路中，缓冲级电路常用于信号的放大和滤波。
它能够将输入信号的电压放大到适合负载的水平，并且能够通过滤波电路去除掉噪声和干扰，使得输出信号更加准确和稳定。
缓冲级电路的设计需要考虑多个因素。
首先是输入和输出的电阻匹配。
为了保持信号的稳定性和传输能力，输入和输出的电阻应该相匹配。
其次是电压放大和电流放大的要求。
不同的应用场景需要不同的放大倍数和电流放大能力，因此需要根据具体需求来设计缓冲级电路的参数。
此外，还需要考虑功耗和工作温度等因素，以确保电路的可靠性和稳定性。
总结起来，缓冲级电路是一种常见的电子电路，用于将输入信号的电压放大并输出到负载上，并具有一定的电流放大能力。
它在电子设备中起到了重要的作用，能够提高信号的稳定性和传输能力。
在设计缓冲级电路时，需要考虑输入输出的电阻匹配、电压放大和电流放大的要求，以及功耗和工作温度等因素。
缓冲电路设计及仿真
1 缓冲电路作用缓冲电路一般并联在开关器件两端，重要有克制过电压、减少器件损耗、消除电磁干扰的作用。
1) 克制过电压逆变器高频工作时，开关器件快速开通、关断。
由于主电路存在杂散电感，器件在开关过程中，急剧变化的主电路电流会在杂散电感上感应出很高的电压，使器件在关断时承受很高的关断电压。
在器件关断时，主电路杂散电感上会产生与直流电压同向的感应电压pdiL dt，若无缓冲电路，则该电压会加在器件两端形成过电压，当该电压超过器件额定电压时，器件损坏。
此外，反并联二极管在反向恢复时产生的di/dt 也会导致较高的过电压。
2) 减少器件损耗已知器件的功耗由下式决定：01TP uidt T=⎰ (1.1)在电路中增长缓冲电路，可以改变器件的电压、电流波形，进而减少损耗。
从下图可知，在没有缓冲电路时，电压快速升至最大值，而此时电流仍然是最大值，此时的损耗最大。
加入缓冲电路后，避免了电压、电流出现同时最大值的情况，损耗得以减少。
U DS无缓冲电路U DS I DI D有缓冲电路3) 消除电磁干扰电路运营时，在没有缓冲电路的情况下，器件两端电压会发生高频振荡，产生电磁干扰。
采用缓冲电路，可克制器件两端电压的高频振荡，起到减小电磁干扰的作用。
因此，减少或消除器件电压、电流尖峰，限制dI/dt 或dV/dt ，减少开关过程中的振荡以及损耗，我们在逆变器中设计缓冲电路，以保证器件安全可靠工作。
2 杂散电感的测量与计算设计缓冲回路之前，一方面需要拟定杂散参数的量。
杂散电感是特定电路布局的结果，不容易计算出来，我们一般采用测量的方法来拟定杂散电感的大小。
在没有任何缓冲回路时，用示波器观测器件关断时的振荡周期T1；接着，在开关管两端并联一个值拟定的电容，即测试电容test C ，重新测量器件关断时的振荡周期T2。
则杂散电感可由下式得出：2221p 2()L 4testT T C π-=(2.1)杂散电容为：21(2)p p i C L f π=(2.2)其中i f 为无缓冲电路时的振荡频率。
电力电子器件的缓冲电路
第五节电力电子器件的缓冲电路•缓冲电路概述；
•关断缓冲电路介绍；
•开通缓冲电路介绍；
•几种缓冲电路的应用实例介绍:
– a) 用于晶闸管的RC吸收电路，
– b)用于大功率晶体管的充放电式RCD吸收
电路
– c)用于IGBT的箝位式RCD吸收电路。
补充题1
一台一台GTO GTO GTO直流斩波器，已知电源电压为直流斩波器，已知电源电压为15001500V V ，工作电流为工作电流为100010001000A A 。
开关频率为1kHz kHz。
管子要求电压上升率不超过100100V/V/µs 。
今采用充放电式今采用充放电式RCD RCD RCD缓冲吸缓冲吸收电路，试求电容值和电阻的功率。
(不考虑杂散电感）
补充题2
改为IGBT斩波器，采用箝位式缓冲吸收电路。
电容为10µF， 开关频率仍为1kHz。
关断后电容电压尖峰为1800V。
试估算线路漏感，求吸收电阻上的功率。
缓冲电路工作原理
缓冲电路工作原理
缓冲电路是一种用于增强信号传输能力的电路。
其工作原理是将输入信号经过放大并调整后输出，从而保持信号的幅度和形状不发生变化。
缓冲电路通常由一个极高的输入阻抗和一个低输出阻抗组成。
输入阻抗的高值可以保证输入信号不受到电路负载的干扰，不会发生波形衰减或失真。
输出阻抗的低值可以保证输出信号能够提供足够的电流供应给下游负载，从而防止信号损失。
具体来说，缓冲电路通常使用运放（运算放大器）作为基本元件。
运放的非反馈输入端连接到输入信号源，通过放大器部分使信号得到放大，而反馈输入端连接到输出端，实现信号的稳定和调整。
通过适当选择电阻、电容和反馈连接方式，可以调整放大倍数、幅频特性和相位特性等。
总而言之，缓冲电路通过提供高输入阻抗和低输出阻抗，可以保持信号的幅度和形状以实现信号的传输和放大。
这种电路常用于信号传输过程中的信号匹配、电平转换和信号放大等场景中。
缓冲电路工作原理
缓冲电路工作原理
缓冲电路是一种重要的电路功能模块，它的主要作用是增强信号的驱动能力并提供信号的适配。
在缓冲电路中，常用的构成元器件是晶体管。
晶体管是一种电子器件，具有放大信号的能力。
缓冲电路通常由输入端、输出端和一个晶体管组成。
当输入信号通过输入端进入缓冲电路时，晶体管会起到放大输入信号的作用。
晶体管的输出信号通过输出端进入外部电路或负载。
缓冲电路的输出信号近似等于输入信号，但其驱动能力大大增强。
实际上，缓冲电路的工作原理是通过放大的过程来实现的。
输入信号经过晶体管的放大作用，其电流或电压增大，从而能够推动更大的电流或电压到输出端。
这就使得缓冲电路能够驱动更大的负载，保持输出信号的稳定性。
缓冲电路还具备信号适配的功能。
当输入信号的电压或电流与输出端要求不匹配时，缓冲电路能够将输入信号转化为适合输出端要求的信号。
这种适配能力使得缓冲电路在不同电路模块之间起到信号传输的桥梁作用。
总之，缓冲电路通过晶体管的放大作用来增强信号的驱动能力，并实现信号的适配。
它在各种电子设备中广泛应用，为信号传输和信号处理提供了重要的支持。
吸收电路的原理
吸收电路的原理一、引言吸收电路是电子学中常用的一种电路结构，它可以用于信号处理、滤波、降噪等应用领域。
本文将介绍吸收电路的原理及其工作过程。
二、吸收电路的基本原理吸收电路是一种有源电路，它由放大器、滤波器和负反馈网络组成。
其基本原理是利用放大器将输入信号放大，并通过负反馈网络实现对输出信号的控制，从而达到吸收干扰信号或滤波的效果。
三、吸收电路的工作过程吸收电路的工作过程可以分为输入信号放大、滤波和输出信号控制三个步骤。
1. 输入信号放大在吸收电路中，输入信号首先经过放大器进行放大。
放大器可以是运算放大器、集成放大器等，其作用是将输入信号放大到一定的幅度，以便后续的处理。
2. 滤波放大后的信号经过滤波器进行滤波处理。
滤波器可以是低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等，根据需要选择合适的滤波器类型。
滤波器的作用是去除输入信号中的噪音或干扰，使输出信号更加清晰和稳定。
3. 输出信号控制滤波后的信号经过负反馈网络进行控制。
负反馈网络是吸收电路中的关键部分，它通过将一部分输出信号反馈到输入端，实现对输出信号的控制。
负反馈网络可以根据需要进行调整，以达到吸收干扰信号或滤波的效果。
四、吸收电路的应用吸收电路在实际应用中具有广泛的用途，以下介绍几个常见的应用领域。
1. 信号处理吸收电路可以用于信号处理，对输入信号进行放大、滤波和控制，以提高信号的质量和准确性。
例如，在音频放大器中使用吸收电路可以放大音频信号，并去除杂音和谐波，使音质更加清晰。
2. 降噪吸收电路可以用于降噪处理，去除输入信号中的噪音和干扰。
例如，在无线通信系统中使用吸收电路可以减少环境噪声对信号的影响，提高通信质量和可靠性。
3. 滤波吸收电路可以用于滤波处理，选择合适的滤波器类型可以去除输入信号中的特定频率成分。
例如，在音频设备中使用吸收电路可以实现低频或高频滤波，使输出信号更加符合需求。
4. 仪器设备吸收电路可以用于仪器设备中，对输入信号进行处理和控制。
开关电源中的全部缓冲吸收电路解析
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●RC吸收的本质是阻尼吸收。
●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。
缓冲电路笔记
有源滤波装置中逆变电路的设计_夏向阳在三相桥式逆变电路PWM调制控制中,IGBT模块由于开关速度快,开关频率高,动态损耗较大,关断过程中功率管上有时会出现危险的过电压,造成功率管的损坏.产生过电压主要有2个原因:关断浪涌电压和续流二极管恢复浪涌电压.关断浪涌电压是在关断瞬间因流过IGBT的电流被切断而产生的瞬态高压;而当续流二极管恢复反向阻断能力时会产生与关断浪涌电压相似的浪涌电压.如图1所示电路中,当上桥臂的IGBT模块IGBT1开通时,流过感性负载的电流IL不断增加.当该IGBT关断时,感性负载中的电流不可能发生突变,它必然通过下桥臂IGBT模块的续流二极管VD2流通.如果电路是理想的,即不存在寄生的杂散电感,IGBT1关断时其上的电压VCE1只会上升到比母线电压Ud高出一个二极管的压降值,随后VD2导通防止电压进一步增加.但在实际的功率电路中线路上存在有寄生的杂散电感,可以在图1所示电路中增加一个总值为LS的漏电感以模拟线路杂散电感的影响.当IGBT1关断时,电感LS阻止负载电流向VD2切换,在该电感两端产生阻止母线电流减少的电压VS(VS=LS *dLS/dt),电压的极性如图1所示,它与直流电源母线电压相叠加并以浪涌电压的形式加在IGBT1的两端.在极端情况下,该浪涌电压会超过IGBT1的额定值而导致它的损坏.续流二极管恢复时会产生与关断浪涌电压相似的浪涌电压.2.1缓冲回路的设计线路因杂散电感会产生的瞬态浪涌高压,这种浪涌电压如果不加以抑制,可能会造成功率开关器件的损坏.而减少这种浪涌电压的途径有2种,一是采用层状母线结构,降低母线寄生漏电感;另一种方法是安装缓冲电路.缓冲电路在IGBT关断时工作,起到提供旁路的作用,从而达到抑制尖峰电压的目的,同时还可以减小功率器件的开关损耗.因为引起功率电路上产生瞬时冲击电压的能量正比于1 /2LSi2[5].这里的LS为母线寄生电感,i为主电路工作电流.在保证工作电流i大小不变的条件下,为了降低这种能量,就必须减少主电路的寄生电感.因此选用了具有如下片状结构的IGBT,如图2所示.通过与宽排母线相连,很好地降低了线路电感。
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关断时的轨迹比较
Ls L Ud D
i
R
理想的 关断
Cs UCE
无缓冲电路 有缓冲电路 开通
Cs 0 Ud
UCE
IGBT 应用箝位式RCD吸收电路
u (无缓冲)
CE
Ls L D Ds
Uce
u (有缓冲)
CE
Ud R Cs 0
i
i
IC
C
i
T
t
无缓冲 有缓冲
C
C
0
Ud
u
CE
应用于IGBT桥臂的其它缓冲电路
(c) 充放电式RCD缓冲电路
LF RF LS
缓冲效果好； 损耗大；应用于 GTO/IGCT/功率BJT等。
Ud
思考：
R
D C
开关频率为1kHz, 最小脉冲 宽度为0.1T, T为周期。假定 C为10µF, 决定电阻值。
(d) 箝位式RCD缓冲电路
1、关断过程中，UCE小于Ud时， 无缓冲作用； 2、抑制尖峰电压； 3、损耗小。
UCE上升到电 源电压之前iC 几乎不衰减
t
关断损耗
0
t
无缓冲电路时的开关轨迹
Ls L Ud T iC UCE 0 Ud UCE D
i
理想开关轨迹 关断
C
IC
实际关断轨迹 开通
有缓冲电路时的关断情况
Ls L Ud D UCE Ud IL
i i
T
C
C
i
DS
i
D
Ds UCE
R
0 p
关断损耗
t
Cs
0
t
补充题1
若功率BJT使用充放电式RCD缓冲吸收 电路，开关频率为1kHz, 最小脉冲宽度 为0.1T, T为周期。假定C为10µF, 决定 电阻值。
补充题2
一台GTO直流斩波器，带大感性负载，已知 电源电压为1500V，工作电流为1000A。开 关频率为1kHz。管子要求电压上升率不超过 100V/μs。今采用充放电式RCD缓冲吸收电 路，试求电容值和电阻的功率。 (不考虑杂散电感）
UGE t
LF RF
LS R
Ud
D C
0 UC Ud 0 t
1、既要有充放电 RCD的缓冲作用；
-
DC
C0
+
2、又要实现能量 回收。
D
+ D0
Ud
LS1
C
(e) 无损吸收电路
1、既要有充放电 RCD的缓冲作用；
-
DC
C0
+
2、又要实现能量 回收。
D
+ D0
Ud
LS1
C
(e) 无损吸收电路
开通缓冲吸收电路
UR
LK
i
R C 0 UR uT t
i1
uT
i
i2
加缓冲电路后，流 过电感的反向电流 缓慢减小
缓慢加上反向电压
大功率晶体管充放电式RCD吸收电路
Ls L Ud T iC UCE D Ud iC T Ds UCE Cs
一个简单的直流斩波器
Ls L D
R
无缓冲电路时的关断情况
UCE Ls L Ud T iC 0 UCE p D Ud iC
LS1
C1
LS1
R2
LS1
T1
D1
T1 C
C2 R1
T1 C T2 LS2
(b) RCD
D2
T2 LS2
T2
LS2
(c) C
(a)交错连接
第四章小结
• 掌握SCR、GTO、IGBT对驱动信号的要 求 • 掌握晶闸管触发电路各组成部分和GTO、 IGBT驱动电路的原理，看明白电路实例。 • 掌握关断缓冲吸收电路的原理和几种常 用关断缓冲电路。 • 掌握关断缓冲电路简单计算。
电力电子器件的缓冲电路
• 缓冲电路概述； • 关断缓冲电路介绍； • 几种缓冲电路的应用实例介绍:
– a) 用于晶闸管的RC吸收电路， – b)用于大功率晶体管的充放电式RCD吸收 电路 – c)用于IGBT的箝位式RCD吸收电路。
电力电子器件的缓冲电路
阳极电压
考察开 关过程
0
阳极电流 t
损耗 0 开通 关断 t
缓冲电路的作用
• •
di 开通缓冲，限制 ， dt
减小开通损耗；
du 关断缓冲，限制 dt ，限制尖峰电压，
减小器件的关断损耗； • 使器件工作于更安全的区域。
几种典型的缓冲吸收电路
1. 关断缓冲吸收电路-限制电压的上升率
如何在关断时让电压上升得慢些？
R
C
C
(a)C
(b)RC
多用于SCR、MOSFET
饱和电抗器
R
Ls
Ls
R
Ls
Ls D
D
Ls
D R
C
a)
b)
c)
d)
e)
缓冲吸收电路的应用
• RC缓冲吸收电路应用于晶闸管关断过电 压的抑制
分析SCR从正向导通到 突加反压关断时的情况
LK
LK
R C
i
正向 电流
LK 0
i
t UR
正向导通时
UR
反向 恢复 电流
LK
uT
uT
反向关断时
反向恢复电流的突然消失 引起晶闸管关断时的尖峰电压
补充题3
改为IGBT斩波器，采用箝位式缓冲吸收 电路。电容为10μF， 开关频率仍为1kHz。 关断后电容电压尖峰为1800V。试估算线 路漏感，求吸收电阻上的功率。