緩沖電路的工作波形
吸收電路一般由電阻、電容和二極管組成，常和開關(guān)管或二極管（包括高頻整流二極管）并接，使開關(guān)管上電壓的應(yīng)力減小、EMI減少，使負(fù)載線的軌跡不超過(guò)安全工作區(qū)，不發(fā)生二次擊穿。下面仍以反激轉(zhuǎn)換器為例進(jìn)行介紹。
當(dāng)圖1所示的控制脈沖Ug在t=t1為低電壓時(shí)開關(guān)管V趨于關(guān)斷，Ic下降，由于Lp、LLT的作用，集電極電壓增加，形成Isnb吸收電路電流，以維持變壓器初級(jí)繞組電流Ip不變（Ip=IC十ISNb）.ISNb流過(guò)D1對(duì)C1充電。
圖一
如果開關(guān)管V關(guān)斷的很快（最好條件），集電極電壓的變化率dUC/d/由下式?jīng)Q定：
隨著開關(guān)管V的關(guān)斷，線性增加的集電極電壓Uce在t=t3時(shí)達(dá)到2倍Ui的電壓。短時(shí)間之后（延時(shí)決定于初級(jí)至次級(jí)漏電感的大小），當(dāng)次級(jí)繞組電壓上升到Ucz加上D2的壓降時(shí)，形成圓弧形上升的電流Iso在這時(shí)反激電流將從初級(jí)至次級(jí)電路換流，換流過(guò)程的速率由次級(jí)漏電感及外部電感電容來(lái)決定。
圖1中示出了初、次級(jí)換流過(guò)程的波形。在t=t2，Ip=0時(shí)，開關(guān)管V的Uce=Uceo的70%為好。此后在Isnb充電下，Uce繼續(xù)斜線上升，當(dāng)上升到2×Ui時(shí)，極性反轉(zhuǎn)的P4電壓耦合到△，足以使D3導(dǎo)通，因此在t=t3時(shí)出現(xiàn)IFB，抑制了Uce的繼續(xù)上升。在IFB=0時(shí)，次級(jí)達(dá)到I‘S電流穩(wěn)壓值。
如果要實(shí)現(xiàn)上述理想情況，需要仔細(xì)地選擇參數(shù)和實(shí)驗(yàn)調(diào)整。圖2示出了無(wú)吸收環(huán)節(jié)情況。圖3示出了有吸收環(huán)節(jié)的情況。
圖二
值得指出的是，如果開關(guān)管V裝有散熱器時(shí)，散熱器是集電極（或是隔電傳熱式）。在開關(guān)管V的集電極與電源公共線之間存在電容時(shí)，它為集電極電流提供了工條附加的通路。它也是引起集電極電流存在的事實(shí)。不過(guò)，它與安裝有關(guān)，與開關(guān)管本身存在的Miller電流效應(yīng)不能混淆。另外，它的數(shù)值也比較大一些，它的存在對(duì)減小dUcd/dt是有好處的。
緩沖電路的作用與基本類型
電力電子器件的緩沖電路（snubbercircuit）又稱吸收電路，它是電力電子器件的一種重要的保護(hù)電路，不僅用于半控型器件的保護(hù)，而且在全控型器件（如GTR、GTO、功率MOSFET和IGBT等）的應(yīng)用技術(shù)中起著重要的作用。
晶閘管開通時(shí)，為了防止過(guò)大的電流上升率而燒壞器件，往往在主電路中串入一個(gè)扼流電感，以限制過(guò)大的di/dt，串聯(lián)電感及其配件組成了開通緩沖電路，或稱串聯(lián)緩沖電路。晶閘管關(guān)斷時(shí)，電源|穩(wěn)壓器電壓突加在管子上，為了抑制瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)大的電壓上升率，以防止晶閘管內(nèi)部流過(guò)過(guò)大的結(jié)電容電流而誤觸發(fā)，需要在晶閘管的兩端并聯(lián)一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成關(guān)斷緩沖電路，或稱并聯(lián)緩沖電路。
GTR、GTO等全控型自關(guān)斷器件在實(shí)際使用中都必須配用開通和關(guān)斷緩沖電路；但其作用與晶閘管的緩沖電路有所不同，電路結(jié)構(gòu)也有差別。主要原因是全控型器件的工作頻率要比晶閘管高得多，因此開通與關(guān)斷損耗是影響這種開關(guān)器件正常運(yùn)行的重要因素之一。例如，GTR在動(dòng)態(tài)開關(guān)過(guò)程中易產(chǎn)生二次擊穿的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象又與開關(guān)損耗直接相關(guān)。所以減少全控器件的開關(guān)損耗至關(guān)重要，緩沖電路的主要作用正是如此，也就是說(shuō)GTR和功率MOSFET用緩沖電路抑制di/dt和du/dt，主要是為了改變器件的開關(guān)軌跡，使開關(guān)損耗減少，進(jìn)而使器件可靠地運(yùn)行。
圖1（a）是沒(méi)有緩沖電路時(shí)GTR開關(guān)過(guò)程中集電極電壓uCE和集電極電流iC的波形，由圖可見開通和關(guān)斷過(guò)程中都存在uCE和iC同時(shí)達(dá)到最大值的時(shí)刻；因此出現(xiàn)了瞬時(shí)的最大開關(guān)損耗功率Pon和Poff，從而危及器件的安全。所以，應(yīng)采用開通和關(guān)斷緩沖電路，抑制開通時(shí)的di/dt，降低關(guān)斷時(shí)的du/dt，使uCE和iC的最大值不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)。
圖1（b）是GTR開關(guān)過(guò)程中的uCE和iC的軌跡，其中軌跡1和2是沒(méi)有緩沖電路的情況，開通時(shí)uCE由UCC（電源電壓）經(jīng)矩形軌跡降到0，相應(yīng)地iC由0升到ICM；關(guān)斷時(shí)iC由ICM經(jīng)矩形軌跡降到0，相應(yīng)地uCE由0升高到UCC。不但集電極電壓和電流的最大值同時(shí)出現(xiàn)，而且電壓和電流都有超調(diào)現(xiàn)象，這種情況下瞬時(shí)功耗很大，極易產(chǎn)生局部熱點(diǎn)，導(dǎo)致GTR的二次擊穿而損壞。加上緩沖電路后，uCE和iC的開通與關(guān)斷軌跡分別如3和4所示，由圖可見，其軌跡不再是矩形，避免了兩者同時(shí)出現(xiàn)最大值的情況，大大降低了開關(guān)損耗，并且最大程度地利用于GTR的電氣性能。
GTR的開通緩沖電路用來(lái)限制導(dǎo)通時(shí)的di/dt，以免發(fā)生元件的過(guò)熱點(diǎn)，而且它在GTR逆變器中還起著抑制貫穿短路電流的峰值及其di/dt的作用。GTO的關(guān)斷緩沖電路不僅為限制GTO關(guān)斷時(shí)再加電壓的du/dt及過(guò)電壓，而且對(duì)降低GTO的關(guān)斷損耗，使GTO發(fā)揮應(yīng)有的關(guān)斷能力，充分發(fā)揮它的負(fù)荷能力起重要作用。
IGBT的緩沖電路功能更側(cè)重于開關(guān)過(guò)程中過(guò)電壓的吸收與抑制，這是由于IGBT的工作頻率可以高達(dá)30~50kHz；因此很小的電路電感就可能引起頗大的LdiC/dt，從而產(chǎn)生過(guò)電壓，危及IGBT的安全。圖2（a）和圖2（b）是PWM逆變器中IGBT在關(guān)斷和開通中的uCE和iC波形。由圖2（a）可見，在iC下降過(guò)程中IGBT上出現(xiàn)了過(guò)電壓，其值為電源電壓UCC和LdiC/dt兩者的疊加。
圖2（b）為開通時(shí)的uCE和iC波形，圖中增長(zhǎng)極快的iC出現(xiàn)了過(guò)電流尖峰iCP，當(dāng)iCP回落到穩(wěn)定值時(shí)，過(guò)大的電流下降率同樣會(huì)引起元件上的過(guò)電壓而須加以吸收（如圖所示）。逆變器中IGBT開通時(shí)出現(xiàn)尖峰電流，其原因是由于在剛導(dǎo)通的IGBT負(fù)載電流上疊加了橋臂中互補(bǔ)管上反并聯(lián)的續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流，所以在此二極管恢復(fù)阻斷前，剛導(dǎo)通的IGBT上形成逆變橋臂的瞬時(shí)貫穿短路，使iC出現(xiàn)尖峰，為此需要串入抑流電感，即串聯(lián)緩沖電路，或放大IGBT的容量。
綜上所述，緩沖電路對(duì)于工作頻率高的自關(guān)斷器件，通過(guò)限壓、限流、抑制di/dt和du/dt，把開關(guān)損耗從器件內(nèi)部轉(zhuǎn)移到緩沖電路中去，然后再消耗到緩沖電路的電阻上，或者由緩沖電路設(shè)法再反饋到電源中去。此緩沖電路可分為兩在類，前一種是能耗型緩沖電路，后一種是反饋型緩沖電路。能耗型緩沖電路簡(jiǎn)單，在電力電子器件的容量不太大，工作頻率也不太高的場(chǎng)合下，這種電路應(yīng)用很廣泛。