尖峰电压处理方法

为了防止电动机绕组的绝缘过早老化或引起电动机、变频器的损坏，通常可以提供加接输出电抗器的方法来减小在电动机端脚上的高次谐波冲击电压。当变频器与电动机之间的电缆线较长时，加装输出电抗器虽然可以减小负荷电流的峰值，但输出电抗器不能减小电动机端脚上的瞬变电压峰值。因此，一定要尽量缩短变频器与电动机之间的电缆线的长度。

（1）增加电抗器或滤波器：在连接变频电动机电缆的两侧增加电抗器（扼流圈）或滤波器，这样可以有效减缓电源端输出电压脉冲的上升速度。

（2）缩短电缆长度：在设计线路时，应尽量减少变频器与电动机之间电缆的长度。通过缩短电缆长度来降低两者之间的暂态波过程的振荡周期，以此来降低电动机两端的过电压。

（3）此外，还应确保电动机铁心在检修过程中不受损伤或短路，电动机轴承等部件的装配满足精度要求，尽量降低涡流损耗等引起的局部发热和机械配合问题对电动机绝缘的影响。

（1）使电动机的绝缘强度下降

在变频器的输出电压中，都含有高次谐波冲击电压。这些高次谐波冲击电压如长期作用于电动机线圈上，将会使电动机绕组的绝缘强度下降，特别是PWM控制型变频器更为明显。

（2）使电动机绕组的绝缘损伤

如图1所示是无滤波器时变频器的输出电压波形，在变频器输出电压波形的上升沿有着明显的冲击电压，如不采取抑制措施，就很容易导致电动机绕组绝缘损伤。

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

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。