开关电源的尖峰处理及其抑制方法
大功率BUCK变换器电压电流尖峰的分析及抑制措施 (1)
Analysis and Restraining Solutions of Voltage and Current Spikesof the High-Power BUCK ConverterY ANG Shi-yan,HAN Ming-wu,KO NG Zhi-guo(H arbin I nstitute o f Technology,H arbin150001,China)Abstract:In high-power B uck converters,the circuit is in high switching mode.Since the distributed stray parame-ters of the lead and non-ideal performance of the devices,very high voltage and/or current spike appear on the switch-es,which reduced the reliability of the circuits.This paper analyzed the reasons of the two kinds of spike produced and their harm and proposed several RCL snubber circuits.The analysis and design methods of each parameter in the circuits are presented accordingly.The results of simulation and prac tical application prove that the snubber circuits have fine sof-t switch effec t and strong restraint function to the spikes.Key words:high-power converter;B UCK converter;voltage spike;current spikeEEACC:1290B;8360大功率BUCK变换器电压电流尖峰的分析及抑制措施杨世彦,韩明武,孔治国(哈尔滨工业大学,哈尔滨150001)摘要:在大功率Buck变换器中电路工作于高频开关状态,由于实际线路的寄生参数和器件的非理想特性的影响,开关器件两端会出现过高的电压和电流尖峰,严重地降低了电路的可靠性。
反激开关电源尖峰产生原理
反激开关电源尖峰产生原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：反激开关电源是一种常见的电源设计方案，常用于电子设备中。
与传统的线性电源相比，反激开关电源具有效率高、体积小、重量轻等优点，因此在各种领域都得到了广泛的应用。
然而，在使用过程中，人们常常会遇到一个问题，即电源输出端会产生尖峰，这会对电子设备的正常工作造成影响。
那么，这些尖峰到底是怎么产生的呢？本文将详细介绍反激开关电源尖峰产生的原理。
首先，我们需要了解一下什么是反激开关电源。
反激开关电源是一种采用开关管工作的供电方案，通过不断地打开和关闭开关管，来调节输出电压的大小。
反激电源的工作原理是，在输出电压低时，开关管会打开，电源将能量储存在电感上；当输出电压高时，开关管关闭，电源释放储存的能量，从而实现稳定的输出电压。
然而，尽管反激开关电源具有很多优点，但在实际使用中，会出现输出端产生尖峰的情况。
这些尖峰的产生原理主要有以下几种：1. 开关管驱动异常：在反激开关电源中，开关管的工作是由控制芯片进行控制的。
如果控制芯片工作异常，可能会导致开关管的开关动作异常，出现开关不稳定、频率不准等情况，从而产生输出端尖峰。
2. 负载变化：当电源的负载突然变化时，例如电阻突然接入或断开，会引起输出端电流的瞬间变化，这种变化也会导致输出端产生尖峰。
3. 输出环路设计不合理：反激开关电源的输出端通常包括电感和电容，如果输出环路设计不合理，可能会导致电流和电压的波动，进而产生尖峰。
4. 瞬态响应问题：在电源被瞬间加载或卸载时，如果电源的控制回路响应不及时，可能会导致输出端产生尖峰。
针对反激开关电源输出端产生尖峰的问题，我们可以采取以下一些措施来避免或减轻尖峰的产生：1. 合理选择开关管和控制芯片：选择质量好、可靠性高的开关管和控制芯片，尽量避免因器件质量问题而引起的尖峰问题。
2. 合理设计输出环路：合理设计输出环路，确保电感和电容的选取合理，电源工作稳定。
3. 设计适当的瞬态响应控制：设计良好的控制回路，确保在瞬态加载或卸载情况下，电源能够快速响应，减轻尖峰。
开关电源尖峰的抑制措施
开关电源尖峰的抑制措施电源纹波会干扰电子设备的正常工作，引起诸如计算机死机、数据处理出错及控制系统失灵等故障，给生产和科研酿成难以估量的损失，因此必须采取措施加以抑制。
产生尖峰的原因很多，以下着重说明滤波电路对二极管反向恢复时间所产生的纹波尖峰加以分析，并总结出几种有效的抑制措施。
1 滤波电路为减小电源尖峰干扰需要在电源进线端和电源输出线端分别加入滤波电路。
1.1 电源进线端滤波器该电路对共模和差模纹波干扰均有较好抑制作用。
各元器件的作用：（1）L1L2C1 用于滤除差模干扰信号。
L1L2 磁芯面积不宜太小，以免饱和。
电感量几毫亨至几十毫亨。
C1 为电源跨接电容，又称X 电容。
用陶瓷电容或聚脂薄膜电容效果更好。
电容量取0.22μF～0.47μF。
（2）L3，L4，C2，C3 用于滤除共模干扰信号。
L3，L4 要求圈数相同，一般取10，电感量2mH 左右。
C2，C3 为旁路电容，又称Y 电容。
电容量要求2200pF 左右。
电容量过大，影响设备的绝缘性能。
在同一磁芯上绕两个匝数相等的线圈。
电源往返电流在磁芯中产生大小相等、方向相反的磁通。
故对差模信号电感L3、L4 不起作用，但对于相线与地线间共模信号，呈现为一个大电感。
一般wL >Rl，则：|UN/US|=0表明，对共模信号Ug 而言，共模电感呈现很大的阻抗。
1.2 输出端滤波器输出端滤波器大都采用LC 滤波电路。
其元件选择一般资料中均有。
为进一步降低纹波，需加入二次LC 滤波电路。
LC 滤波电路中L 值不宜过大，以免引起自激，电感线圈一般以1～2 匝为宜。
电容宜采用多只并联的方法，以降低等效串联电阻。
同时采样回路中要加入RC 前馈采样网络。
如果加入滤波器后，效果仍不理想，则要详细检查公共地线的长度、线径是否合适。
因为地线分布电感对抑制纹波极为不利。
导线长度l，线径d 与其电感量的关系为：L(μH)=0.002l[ln（4l/d)－1](2)2 二极管反向恢复时间引起之尖峰及其抑制以单端反激电源为例（见图4）Us 为方波，幅值为Um。
六大方法搞定反激开关管Vds电压尖峰波形
六大方法搞定反激开关管Vds电压尖峰波形
关于反激开关管中的Vds电压尖峰波形问题，是许多电源工程师在设计
测试电源中的常见问题，而且有时采用一些方法后仍然无法避免尖峰波形的
出现。
很多初学者往往希望通过公式计算来影响和避免尖峰波形，但因为在
实际电路中影响的因素非常广泛，而且每个电源都有不同的设计问题，因此
我们这里提供的是一种调试方向。
本文中针对反激开关管的Vds电压尖峰问
题进行定性分析，从而为降低此尖峰提供指导方向。
下面的示意图对解决反激开关管的Vds电压尖峰问题有帮助。
首先来看看MOS应力公式：(理想化处理，不影响结论)
Vds=Vin+n*Vo+Vspike=Vin+n*Vo+Ipk*(Lk/C1)0.5
这里两个主要参数的意义：Lk是变压器漏感(实际还应包含PCB寄生电感)；C1为RCD钳位电容(实际还应包含MOS DS两端的电容，一般远小于C1，故忽略)。
见下图：
图一同时上图也标注出了具体如何实现以及对可能的副作用进行确认。
对
于大家碰到的开关管Vds电压尖峰问题，90%以上可以采用图中的方法解决，不再为电压尖峰烦恼。
如果图中采用的方法还解决不掉，就需要更加细化，可以采用以下几个整
改方向：
1、layout走线优化(功率回路尽量短，使pcb电感尽量小；同时也注意
RCD的走线，这里除了会影响尖峰，也会影响传导的高频段和辐射)；
2、调整RCD中的D；(需要重新确认效率、传导、辐射)
3、调整RCD中的R；(需要重新确认效率、传导、辐射)。
反激电源高压MOS管尖峰电流的来源和减小方法
反激电源高压MOS管尖峰电流的来源和减小方法
做电源的都测试过流过高压MOS的电流波形，总会发现电流线性上升之前会冒出一个尖峰电流，并且有个时候甚至比正常的峰值电流还要高。
看起来很不爽。
那这尖峰怎么来的，如何减小它呢？
一、此电流尖峰对电源的害处
1、就是由于这个尖峰的存在，开关电源芯片为了防止误触发加入了前沿消隐，如果太高还是有可能误触发。
2、这个尖峰（di/dt很大）对开关电源EMI影响不小。
3、这个尖峰电流会增大MOS开关管开通时的交越损耗，降低效率
二、电流尖峰的来源
1、MOS管开启时驱动电流由G流到S到地这条路径是有电流的（驱动电路上有驱动电阻限制驱动电流的这个电流不大）；
2、另外一条通路从MOS下来的，从表面上看这条通路连接电感，电感上的这个电流实际上就是主电流是从0缓慢（相对于尖峰电流）上升的，但别忘了还有一个隐藏的通路就是变压器原边绕组是有寄生电容的（层间电容和匝间电容），这个寄生电容里面存储的电量瞬间由MOS到地放出，会产生一个较大尖峰电流。
3、还有一个就是从副边耦合过来的电流，我们都知道副边整流二极管从导通（正偏）到反偏的这个过程中二极管有一个反向恢复电流。
这个反向恢复电流是通过二极管和变压器副边绕组的，它会通过耦合折射到原边绕组上的（注意：在DCM下没有反向恢复电流）。
三、减小电流尖峰对策
1想办法减小变压器原边绕组分布电流
①变压器使用三明治绕法使原边绕组分开
②减小原边绕组的匝数（比如可以用Ae值比较大的磁芯（PQ等）可以减少变压器匝数）。
同步buck电路下管尖峰高的问题
同步buck电路下管尖峰高的问题在同步buck电路中，管尖峰高是一个常见的问题，它可能会对电路的稳定性和效率造成影响。
在本篇文章中，我将会就此问题进行深入探讨，并共享我的个人观点和理解。
1. 同步buck电路的原理同步buck电路是一种常见的降压变换器电路，它通过控制开关管的开关状态来实现将输入电压降低到更低的输出电压。
与非同步buck电路相比，同步buck电路在效率和稳定性上有一定的优势，但也存在一些问题需要解决。
2. 管尖峰高的定义和影响管尖峰高是指在开关管由关断到导通状态时，管脚电压出现的高峰。
这种高峰可能会导致开关管的损坏，并且会对其他元件造成干扰。
管尖峰高的问题需要引起足够的重视。
3. 分析同步buck电路下管尖峰高的原因在同步buck电路中，管尖峰高的问题通常是由于电感和电容的特性导致的。
电感和电容在开关管切换过程中会产生能量的积累和释放，从而导致管尖峰高的出现。
开关管的参数和工作状态也会对管尖峰高产生影响。
4. 解决同步buck电路下管尖峰高的方法为了解决同步buck电路下管尖峰高的问题，可以采取一些有效的方法。
可以通过加入逆变二极管或者改进电路布局来减小管尖峰高的幅度。
选择合适的开关管和电感电容参数也是解决问题的关键。
5. 我对同步buck电路下管尖峰高的个人观点和理解在我看来，同步buck电路下管尖峰高是一个需要重视并解决的问题。
只有通过深入分析电路的工作原理，并针对具体情况采取合适的措施，才能够有效地解决管尖峰高的问题。
我也认为在实际工程应用中，需要注重对同步buck电路的设计和调试，以确保电路稳定可靠地工作。
总结通过对同步buck电路下管尖峰高的问题进行全面评估和探讨，我们可以更深入地理解这一问题的原因和解决方法。
合理地设计和调试同步buck电路，可以有效地避免管尖峰高所带来的问题，从而提高电路的稳定性和效率。
在文章的结尾，笔者总结了同步buck电路下管尖峰高的定义、影响、原因、解决方法及个人观点和理解，使读者全面、深刻和灵活地了解了这一问题。
mos管关断时的电压尖峰
mos管关断时的电压尖峰【原创版】目录1.MOS 管关断时的电压尖峰概述2.MOS 管关断时电压尖峰的产生原因3.消除 MOS 管关断时电压尖峰的方法4.实际应用中的注意事项正文一、MOS 管关断时的电压尖峰概述MOS 管（金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管）是一种广泛应用于电源开关、放大器、振荡器等电路的半导体器件。
在 MOS 管的使用过程中，可能会出现关断时的电压尖峰现象。
这种尖峰电压会对 MOS 管和其他电路元件产生不良影响，如增加功耗、加速器件老化等。
因此，了解MOS 管关断时的电压尖峰现象及其消除方法非常重要。
二、MOS 管关断时电压尖峰的产生原因MOS 管关断时电压尖峰的产生主要与电路中的寄生电感和电容有关。
当 MOS 管关断时，漏源电流 id 急剧减小，在源极寄生电感 ls 上产生上负下正的电压降 lsdi/dt。
这个负脉冲电压有可能进一步通过栅源寄生电容 cgs 串到栅极，抬高栅源极的电压，造成所谓的 return,on，不利于 MOS 管的快速关断。
三、消除 MOS 管关断时电压尖峰的方法针对 MOS 管关断时的电压尖峰问题，可以采取以下几种方法进行消除：1.优化 MOS 管源极走线，包括对应的地线，减小整个功率回路的寄生电感，以降低负脉冲。
2.在 MOS 管的源极和地之间并联一个电阻或电容，以减小源极电压的尖峰值。
3.在 MOS 管的栅极和源极之间串联一个电阻或电容，以减小栅源电压的尖峰值。
4.使用具有较低开关速度的 MOS 管，以降低电压尖峰的幅值。
四、实际应用中的注意事项在实际应用中，为避免 MOS 管关断时的电压尖峰，需要注意以下几点：1.选择合适的 MOS 管参数，如开关速度、阈值电压等。
2.合理设计电路，减小寄生电感和电容的影响。
3.在电源输入端加滤波电容和电感，以抑制电压尖峰。
4.使用专门的电压尖峰抑制电路，如并联电阻 - 电容电路、串联电阻 - 电容电路等。
简述抑制尖峰电压的若干方法
简述抑制尖峰电压的若干方法前言为了增加电源功率的密度，务必采用将双极晶体管吸收电路高频化的手段。
电容器电源中的開关器件的安全是一个很重要的问题，为了保证它的安全。
务必采用以串联谐振式所组成的电容器，并以它的充电电源为基础。
本文研究了影响IGBT的因素，并研究了对于尖峰电压的取值。
本文首先介绍了尖峰电压的简单产生机理，随后对抑制尖峰电压的几种方法做了简单描述，然后简单介绍了吸收电路，最后介绍了吸收电路的基本的工作思路。
1.尖峰电压产生机理对于高频电容器来说，它的充电电源有很多种，串联谐振式的结构构架是最主要的一种，它的结构如图1所示，开关器件往往选用的是高频模块IGBT，它的具体过程为：2.抑制尖峰电压的方法尖峰电压在逆变回路中的产生有两个很主要的原因，一个是存在一定的杂散电感Ls，再者就是主回路中的电流变化的迅速。
在高频电源中，开关的开通速度往往需要得到提高才行，而IGBT的开通速度与电流的变化速度有很大的关系。
因此，为了保证电路正常工作，由开始的分析可知杂散电感必须最大程度的减少，并且必须利用吸收电路的作用来最大可能的降低IGBT的尖峰电压和对尖峰电压抑制。
2.1减小杂散电感为了有效的减少主回路中的杂散电感，有两种方式可以采用。
第一种是采用同轴电缆，但是电感必须要小。
另一个是采用将回路通过正负母排上下叠放的方式连接起来。
根据我们所学的知识可知，在两根平行导线上通上一种相反方向而且大小等大的电流，并且在它们离的很近时，此时就会产生的磁场，但是两者的磁场可以相互抵消。
如此一来，从理论上来说，电感就为0了。
2.2采用吸收电路电流在回路中通过的是很大的，而且开通速度比较快这个特点往往是一些较大功率充电电源所具有的特点。
由于主回路中的杂散电感的存在，尖峰电压会感应出来，当较大时为了抑制电压的峰值，就必须利用外加吸收电路的相应功能来实现，因此我们有三种主要的电路形式。
第1种是在正负的两端加上一个电容，对于小功率、低成本的逆变器，这种方式都很适用。
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开关电源的尖峰处理及其抑制方法
电源纹波会干扰电子设备的正常工作，引起诸如计算机死机、数据处理出错及控制系统失灵等故障，给生产和科研酿成难以估量的损失，因此必须采取措施加以抑制。
产生尖峰的原因很多，以下着重说明滤波电路对二极管反向恢复时间所产生的纹波尖峰加以分析，并总结出几种有效的抑制措施。
2滤波电路
为减小电源尖峰干扰需要在电源进线端和电源输出线端分别加入滤波电路。
2.1电源进线端滤波器
在电源进线端通常采用如图1所示电路。
该电路对共模和差模纹波干扰均有较好抑制作用。
图中各元器件的作用：
（1）L1,L2,C1用于滤除差模干扰信号。
L1,L2磁芯面积不宜太小，以免饱和。
电感量几毫亨至几十毫亨。
C1为电源跨接电容，又称X电容。
用陶瓷电容或聚脂薄膜电容效果更好。
电容量取0.22μF～0.47μF。
（2）L3，L4，C2，C3用于滤除共模干扰信号。
L3，L4要求圈数相同，一般取10，电感量2mH左右。
C2，C3为旁路电容，又称Y电容。
电容量要求2200pF左右。
电容量过大，影响设备的绝缘性能。
在同一磁芯上绕两个匝数相等的线圈。
电源往返电流在磁芯中产生大小相等、方向相反的磁通。
故对差模信号电感L3、L4不起作用（见图2），但对于相线与地线间共模信号，呈现为一个大电感。
其等效电路如图3所示。
由等效电路知：
令L1=L2=M=L，UN=RCI1同时RC RL，则：
图1电源进线端滤波电路
(1)一般ωL RL，则：。
式（1）表明，对共模信号Ug而言，共模电感呈现很大的阻抗。
2.2输出端滤波器
输出端滤波器大都采用LC滤波电路。
其元件选择一般资料中均有。
为进一步降低纹波，需加入二次LC滤波电路。
LC滤波电路中L值不宜过大，以免引起自激，电感线圈一般以1～2匝为宜。
电容宜采用多只并联的方法，以降低等效串联电阻。
同时采样回路中要加入RC前馈采样网络。
图2共模电感对差模信号不起作用
如果加入滤波器后，效果仍不理想，则要详细检查公共地线的长度、线径是否合适。
因为地线分布电感对抑制纹波极为不利。
导线长度l，线径d与其电感量的关系为：
L(μH)=0.002l[ln（4l/d)－1](2)
3二极管反向恢复时间引起之尖峰及其抑制
图3共模电感等效电路
以单端反激电源为例（见图4）
Us为方波，幅值为Um。
功率管V截止时，VD1导通，而VD2截止。
但当V导通时，Us极性反转。
VD2导通，由于二极管之反向恢复特性，VD1不能立即截止，而是VD1，VD2同时导通。
从而激起一个很大的电流尖峰。
（1）VD1反向恢复前期等效电路如图5所示。
图中：R0为次级绕线电阻，引线电阻及二极管导通电阻之和；
L0为变压器漏感和引线电感之和。
图4单端反激电源电路
由等效电路可得：
i=Um/R0[1－e－(R0/L0)t](3)
假定R0=0.235Ω，L0=0.13μHUm=23V，而电流在0.3μs内达到Im,则可求出Im=41A。
如此大的电流尖峰，若不加以抑制势必损坏器件。
图5VD1反向恢复前期等效电路
（2）VD1在反向恢复后期，接近关断状态，等效为一个结电容CD1：
由图6知,CD1两端电压UC（t）为：
UC(t)=Um＋U0e－atsin(ωt＋θ)(4)式中(5）
ɑ=R0′/2L0(6)
从以上各式看出，UC（t）是在Um基础上叠加一个Uoe－atsin(ωt＋θ)的正弦衰减振荡。
在VD1两端激起一个电压尖峰。
图6VD1反向恢复后期等效电路
（3）由以上分析可看出，在反向恢复期间，由于二极管的反向恢复特性，二极管的电流不能突变。
此效应与一个电感等效。
为了抑制二极管尖峰，需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。
RC网络的取值原则：C从0.01μF～0.1μF，由实验决定。
串联电阻用于限制电容C的放电电流，也为了阻止由于回路阻抗而引起的共振，起阻尼作用。
一般按下式选取：U0/I0≤R≤(R不宜小于4Ω)(7)
4几种噪声波的形成及抑制措施
图7 几种噪声波形
图7给出几种常见噪声波形。
现对这些噪声波的形成原因及相应的抑制措施简述如下：
（1）噪声波形如图7（a）所示。
形成原因：辅助电源或基准电压稳定性不够所致。
抑制措施：在相关部位并大电容。
（2）噪声波如图7（b）所示。
形成原因：布线不合理，引起交叉干扰。
抑制措施：调整布线。
（3）噪声波形如图7（c）所示。
形成原因：由于变压器漏磁对采样形成干扰而引起自激，导致出现正弦振荡。
抑制措施：变压器要适当加以屏蔽，且屏蔽层要接地。
改进变压器绕制工艺。
（4）噪声波形如图7（d）所示。
幅值变化随机、无规则。
形成原因：在于采样电阻所加电压过高或印制板绝缘不良。
抑制措施：改进采样。
（5）噪声波形如图7（e）所示。
形成原因：整流二极管反向恢复期间引起的尖峰。
抑制措施：在二极管上并电容C或RC。