尖峰电流尖峰电流产生原因

在实际电路连线中,由于工艺的关系,电路的输入回路至开关管V的集电极和发射极之间的导线上存在一定的杂散电感,等效于LS。在V导通时,输入电流iI经过LS,产生一个感应电流ULS,极性为左正右负。V关断期间,电流将迅速减小至零,导致产生很大的di/dt,LS上产生很高的ULS,极性变为左负右正,加在V的集电极和发射极上,致使V管两端产生很高的电流尖峰。由于LS的存在,在输入电流一定的情况下,开关管V的关断速度越快,或者开关管的关断速度一定的情况下,输入电流越大,电流尖峰越大。

显然LS限制了电源功率等级和开关频率的进一步提高。由此产生的电流尖峰对开关管V危害很大,它会使V的关断损耗增加,整机效率降低,加大传导噪声(EMI),甚至损坏开关管,因此必须消除。

为了减小LS,对连接线进行“短”“粗”“直”方式的处理,但由于空间和总体布局的限制,光靠接线是不能消除电流尖峰的影响,所以采取以下措施。

尖峰电流在直流母线侧并联吸收电容

在输入端靠近开关管的直流母线上并联一个电容CZ,对抑制开关管两端电流尖峰有一定的效果。开关管关断时输入回路的等效电路假定开关管V关断时刻,输入电流(电感LS的电流)为II,电容CZ上的初始电流为Ui。

在杂散电感LS存在的情况下,如果不采取任何措施,例如不加缓冲电容CZ(相当于CZ→0),则uZmax→∞(理想情况),容易产生很大的电流尖峰,这与上面的分析是一致的。在其它条件一定的情况下,输入电流II越大,uZmax越大,即电流尖峰问题容易在大功率、大电流电路中出现,这与经验常识也是一致的。当并入一个电容CZ以后,情况得到了改善,CZ越大,LSCZII越小,对电流尖峰的抑制效果越明显。考虑到成本问题,CZ也不是越大越好。LS的精确数值通常是不知道的,CZ的取值通常要通过实验来选取。在选择电容CZ时,要选择高频特性好的无感电容。

尖峰电流开关管两端加缓冲电路

在开关管两端加缓冲电路(由VD1、R1、C1构成),对于吸收开关管两端的电流尖峰也有比较好的效果。缓冲电路的原理所由于工艺的关系,主电路的直流输入端和开关管的集电极之间存在杂散电感LS1,发射极和主续流二极管之间有杂散电感LS2。当开关管关断瞬间,输入电流通过LS1、VD1、C1、LS2和Ui构成续流回路。开关管关断瞬间,输入电流为II,缓冲电容C1的电流为0。在大功率BUCK电路中如果布线不当,杂散电感LS1、LS2比较大且不采取缓冲措施(相当于C1→0)的话,开关管两端要承受很高的电流尖峰(uTmax→∞)。反之,缓冲电容C1取值越大,uTmax越小,越有助于电流尖峰的吸收。当开关管开通时,C1、R1和开关管V构成放电回路，缓冲电容C1中存储的电流尖峰的能量在R1中消耗掉。设流过开关管V的缓冲电容最大放电电流为ITmax,放电时间为τ,电阻R1消耗的功率为P,开关管V的开关频率为f。忽略V的开通压降,显然有:

从开关管的安全工作来考虑,希望ITmax越小越好,R1值要取大一些。但R1过大会造成放电时间τ过长,不利于开关管工作。同样,C1也不能取值过大,否则τ太长,并且R1的功耗太大,影响效率。可见缓冲电路中R1、C1的取值既不是越大越好,也不是越小越好,需要根据电路的实际情况仔细选择。注意R1、C1要选择高频特性好的无感电阻和无感电容,VD1选择快恢复二极管。

尖峰电压吸收电路是反激型开关电源必须的辅助电路。当开关电源的功率MOSFET由导通变成截止时，在高频变压器的一次绕组上就会产生尖峰电压和感应电压。

尖峰电压吸收电路主要有三种设计方案：①利用齐纳二极管和超快恢复二极管（SRD）组成齐纳钳位电路；②利用阻容元件和超快恢复二极管组成的R、C、SRD软钳位电路；③由阻容元件构成RC缓冲吸收电路。尖峰电压吸收电路的典型结构如图2所示。吸收电路可以并联到高频变压器的一次绕组上，也可连接在功率MOSFET的漏极与地线之间。

缓冲吸收电路和钳位电路具用于两种截然不同目的。如果错误使用，会对开关电源内的功率管造成很大的损害。缓冲电路用于降低尖峰电压幅度和减小电压波形的变化率。这有利于功率管工作在安全工作区，还降低了所有射频干扰辐射的频谱，从而减少射频辐射的能量。钳位电路仅用于降低尖峰电压的幅度，它没有影响电压波形的变化率。因此，它对减少射频干扰的作用不大，钳位电路的作用是防止功率管因电压过高造成击穿。软钳位电路的参数选择合理时，可以同时起到钳位和缓冲的作用。 2100433B

尖峰负荷机组指在电网尖峰负荷时迅速带负荷的发电机组。一般不连续运行

中文名称

尖峰负荷机组

英文名称

peak load generating set

定　　义

在电网尖峰负荷时迅速带负荷的发电机组。一般不连续运行。

应用学科

电力（一级学科），电力系统（二级学科）

对于尖峰负荷锅炉的特点是投资低、启停方便、调节良好、启停损耗小、运行管理费用小等等，而其中最主要的是投资低 。