電源開關(guān)是每一種電源轉(zhuǎn)換器的核心元件。這些元件的工作性能直接決定產(chǎn)品的可靠性和能效。為增強(qiáng)電源轉(zhuǎn)換器的開關(guān)電路性能，吸收器橫跨電源開關(guān)，以抑制電壓尖刺以及衰減電路電感在開關(guān)打開時(shí)造成的瞬時(shí)振蕩。正確的吸收器設(shè)計(jì)會(huì)提升可靠性和能效并減弱EMI。在許多不同的吸收器中，最常見的吸收器是阻容(RC)吸收器。本文將說明為什么電源開關(guān)需要吸收器。此外，還將給出關(guān)于最佳吸收器設(shè)計(jì)的一些實(shí)用小竅門。

圖1：電源開關(guān)的四種基本電路。

在電源轉(zhuǎn)換器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和燈泡鎮(zhèn)流器中會(huì)用到許多不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖1所示為電源開關(guān)的四種基本電路。如圖中藍(lán)色線框所示，這四種基本電路以及大多數(shù)電源開關(guān)電路都采用了開關(guān)-二極管-電感器網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)在所有這些電路中的特性均相同。所以，圖2中的簡(jiǎn)化電路可用于分析電源開關(guān)在開關(guān)瞬變期間的開關(guān)性能。既然電感器中的電流在開關(guān)瞬變期間幾乎不變，那么如圖所示，這個(gè)電感器就可用電流源替代。圖2所示為理想的電壓和電流開關(guān)波形。

圖2：簡(jiǎn)化電源開關(guān)電路及其理想開關(guān)波形。

當(dāng)MOSFET開關(guān)關(guān)斷時(shí)，其自身電壓升高。然而，電流IL將繼續(xù)通過MOSFET，直到開關(guān)電壓升至Vol。一旦二極管導(dǎo)通，IL就開始降低。當(dāng)MOSFET開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，情況剛好相反，如圖所示。這種開關(guān)方式稱作硬開關(guān)。在開關(guān)瞬變期間，電路必須能同時(shí)承受最高電壓和最大電流。因此，這種硬開關(guān)方式會(huì)使MOSFET開關(guān)直接承受高電氣應(yīng)力。

圖3：MOSFET開關(guān)關(guān)斷瞬變電壓過沖。

實(shí)際電路中，寄生電感(Lp)、電容(Cp)會(huì)產(chǎn)生非常高的開關(guān)應(yīng)力，如圖4所示。Cp包括開關(guān)的輸出電容、PCB布局和安裝時(shí)產(chǎn)生的雜散電容。Lp包括PCB線路的寄生電感和MOSFET的引線電感。這些來(lái)自功率器件的寄生電感、電容形成一個(gè)濾波器，并在關(guān)斷瞬變剛剛結(jié)束時(shí)形成諧振，所以會(huì)在器件上疊加過高的電壓瞬時(shí)振蕩，如圖3所示。為抑制這種峰值電壓，可在開關(guān)上并聯(lián)一個(gè)RC吸收器，如圖4所示。電阻值必須接近希望衰減的寄生諧振的阻抗值。吸收器電容必須大于諧振電路電容，但又必須足夠小，以便最大程度地減小電阻器功率耗散。

圖4：阻容吸收器配置。

如果功率耗散非關(guān)鍵指標(biāo)，則可采用一種快捷的RC吸收器設(shè)計(jì)方法。按照經(jīng)驗(yàn)，吸收器電容器Csnub應(yīng)兩倍于開關(guān)輸出電容與預(yù)計(jì)安裝電容之和。吸收器電阻器Rsnub則應(yīng)滿足。電阻Rsnub在給定開關(guān)頻率(fs)下的功率耗散可按照下式估算：

當(dāng)這種簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)不能充分限制峰值電壓時(shí)，就需采取優(yōu)化措施。

經(jīng)過優(yōu)化的RC吸收器：在功率耗散是關(guān)鍵指標(biāo)的情況下應(yīng)采用一種更優(yōu)的方法。首先，測(cè)量MOSFET開關(guān)關(guān)斷時(shí)在其節(jié)點(diǎn)(SW)處的瞬時(shí)振蕩頻率(Fring)。在MOSFET兩端焊接一個(gè)薄膜型100pF、低ESR電容器。增大電容值，直至瞬時(shí)振蕩頻率為原始測(cè)量值的一半?，F(xiàn)在，開關(guān)的總輸出電容（增加的電容和原有寄生電容之和）增大到原來(lái)的四倍，而瞬時(shí)振蕩頻率則與電路的電感電容之積的平方根成反比例。所以，寄生電容Cp是外加電容器電容值的三分之一?，F(xiàn)在，寄生電感Lp可利用下式求出：

只要求出寄生電感Lp和寄生電容Cp，就可根據(jù)以下計(jì)算公式確定吸收器的電阻器Rsnub和電容器Csnub。

如發(fā)現(xiàn)吸收器電阻器不夠大，則可以進(jìn)行微調(diào)，進(jìn)一步減少瞬時(shí)振蕩。

電阻器Rsnub在給定開關(guān)頻率(fs)下的功率耗散為。

利用所有這些求出的值即可完成電源開關(guān)吸收器設(shè)計(jì)，然后就可以在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。