一文详解缓冲电路原理及设计
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一、什么是缓冲器？ 缓冲器是一种对电压尖峰、振铃和振荡效应的电路保护形式。缓冲器通过钳位电压尖峰但不改变振铃频率。 缓冲电路设计通常都比较复杂，设计一个好的缓冲电路需要对电路有很深入的了解，这篇文章就来详细介绍一下缓冲电路、缓冲电路设计、缓冲电路功耗计算。 二、缓冲器电路设计的一般分类 1、有损或者散耗缓冲电路 有损缓冲电路是一种消耗功率的电路，对于电源效率要求比较高的话，这就一个很大的缺点，但是容易设计。耗散缓冲器使用电阻，有时候也使用二极管作为耗散元件。
有损缓冲电路 2、无损或者非耗散缓冲电路 无损缓冲电路是一种理想状态下不会消散功率的电路，一般都来说比较复杂，价格也比较高，但是对于高效应用的话，这是首选。非耗散缓冲器使用电感和电容。 3、有损和无损缓冲器功率损耗比较 有损缓冲器损耗取决于缓冲器设备的选择，器件选择取决于要抑制的尖峰电压和振铃频率。对于大多数应用，耗散缓冲器损耗被最小化也能够接受，通过会用来快速设计。 无损缓冲器在理想状态下是无损的或者不会消耗功率，但实际上没有理想的电路，所以也会有小的损失。 三、缓冲电路设计 缓冲器电路设计通常集中在2种常用配置中。 1、RC缓冲电路设计 从名字本身来理解，就是用电阻和电容组成的缓冲电路，下面是开关MOSFET常用的缓冲器。
RC缓冲电路设计 下面为有部分采用RC缓冲电路设计的电路 1）升压转换器拓扑
升压转换器拓扑 2）降压转换器
降压转换器 3）DC-DC同步整流器
DC-DC同步整流器 2、RCD缓冲电路设计 也有人把这个称为RCD钳位，被叫做RCD钳位是因为RCD缓冲器会钳制电压尖峰，但不会改变尖峰或者振铃频率。 RCD缓冲器由电阻、电容和二极管组成。
RCD缓冲器 下面为使用RCD缓冲器设计的电路 1）反激式转换器
反激式转换器 2）正向转换器
正向转换器 3、RC缓冲器工作原理 RC缓冲器通常用于开关转换器，这样可以将设备上的电压尖峰限制在安全水(píng)。
RC缓冲器 RC 缓冲器通过修改振铃频率以及降低电压尖峰电(píng)来工作。电容用作电荷储存，电阻提供放电路径。 例如下面这个电路RC 缓冲器 R1 和 C1 保护 MOSFET Q1 不受漏极电压尖峰的影响。当 MOSFET 关闭时，缓冲电容将通过 R1 充电。 当 MOSFET 导通时，电容将通过 R1 放电到 MOSFET 和电路地。该循环将随着电容为空而重复。电阻是耗散功率的电阻，在单个开关周期中，有两次电流流向电阻。下图将电流称为充电和放电电流。
充电和放电电流。 实际上，RC缓冲器能够修改振铃频率，有助于解决EMI相关问题。在之前的设计中，在开关MOSFET和二极管上使用RC缓冲器解决了EMI的几个问题。 四、开关MOSFET中为什么会产生振铃和电压尖峰？ 振铃和电压尖峰是由漏感和MOSFET输出电容的相互作用引起的。漏感会产生电压尖峰，漏感将存储能量，但是该能量不会传输到负载所需要的系统。 下图为中心抽头全桥整流中常见的同步整流器，这种电路结构在SMPS的DC-DC部分非常常见。 如下图，所需电感中的能量将转移到负载（输出侧），但是泄露能量没有地方可以去。
同步整流器 上图中的Q1和Q2不会同时工作。当 Q1 为 ON 时，Q2 为 OFF，反之亦然。可以通过仅采用如下所示的单个 MOSFET 来简化电路。
单个 MOSFET 来简化电路 VDD 电(píng)理想情况下是输出电(píng)加上尖峰电(píng)的两倍。 五、缓冲电路计算 1、RC缓冲电路中的功率损耗 RC缓冲器中功率耗损主要是电阻。必须根据功率耗损和缓冲器有效地选择合适的电阻尺寸。电阻过高会降低功率损耗，就有可能无法提供有效的缓冲器。 如果较低的电阻可能提供有效的缓冲器，由于RC缓冲器较高的功率损耗，系统的效率会受到影响。 2、如何计算RC缓冲器电阻的功率损耗 在下面的电路中，Rsn 和 Csn 组成了 RC 缓冲器网络。当Q1导通时，缓冲电容上的电荷会通过Rsn放电。到 Q1 关断时，电容 Csn 将通过 Rsn 充电。因此，在单个开关周期内，电流将两次通过电阻。
RC缓冲器电流放电充电 用于分析的重要波形，电阻上的总RMS功耗取决于VRMS1 和 VRMS2。实际上，RMS1 波形位于负 y 轴上，因为它发生在电容放电时。由于要获得RMS值，就需要在正Y轴绘制波形。
波形图 V RMS1 – 电容放电时电阻电压波形的有效值 V RMS2 – 电容充电时电阻电压波形的有效值 V DRAIN – Q1 的漏极电压 VC SN – 缓冲电容电压 VR SN – 缓冲电阻电压 PWM – Q1 栅极上的脉冲宽度调制信号，用于将其打开和关闭 T——一个开关周期 Ton——Q1 开启或 PWM 为高电(píng)的时间 5RC——简单的 5 个 tau 或 5 个时间常数 t1 – Q1 关断后电阻上的电压变为零的时间 |
