浅析开关电源的缓冲电路设计

浅析开关电源的缓冲电路设计
摘要：开关电源的使用频率一般很高，由于电路中存在寄生电容，所以在开关
开通的瞬间，电路内部会产生很大的电力造成电路的损坏，而在开关电源中加入
缓冲电路是人们为改善器件开关环境所做的诸多尝试之一，但是缓冲电路的使用
效果对改善器件开关环境的作用卓有成效，因此，对开关电源的缓冲电路设计也
被相关领域的专家广泛关注。

本文首先介绍了开关电源缓冲电路的相关内容，包
括概念、必要性和基本设计思路等，然后列举了现阶段被广泛使用的三种缓冲电
路类型，并对其结构功能进行较为详尽的介绍。

关键词：开关电源；缓冲电路；设计
前言
缓冲电路又称吸收电路，它是电力电子器件的一种重要的保护电路，能够减
轻器件开关过程中的功率负担，经过多年的发展，缓冲电路已经成为了电力电子
电路中必不可少的一部分。

而且在发展过程中缓冲电路也形成了很多种类，他们
各具特色，适用于不同的实际情况，在选择过程中一定要结合电路的特点和要求, 选择合适的缓冲电路，必要时可以多种类型结合使用。

1.开关电源缓冲电路的相关内容
1.1开关电源缓冲电路的基本概念
缓冲电路又称吸收电路，它是电力电子器件的一种重要的保护电路。

它由电感、电容、电阻和功率开关器等元件组成，可以保护电路的正常运行。

缓冲电路
具有很多形式依据不同的分类标准可以将其分成多种类别以适应不同类型的开关
电源。

根据缓冲电路的作用时刻，可以将其分成关断缓冲电路和开通缓冲电路。

关断缓冲电路可以吸收关断过电压或者是换相过电压，减小关断功率损耗，而开
通缓冲电路则是用于抑制开关电源开通时的电流，如果将两种缓冲电路结合，则
形成复合缓冲电路。

无源和有源缓冲电路是根据元件类型进行分类的，有源缓冲
电路包含元件较多，结构也相对复杂。

而无源缓冲电路没有控制和驱动电路，结
构就更为简单，被广泛使用。

从缓冲电路是否产生损耗的角度还可将其分为有损
和无损两类。

缓冲电路的分类较多，具体使用时还需结合实际而定。

1.2开关电源缓冲电路的必要性和作用
在开关电源的使用过程中，在开通和关闭的瞬间，会产生很大的电流或电压，导致开关电源发热或者是直接损坏，为了避免这样的情况的发生，可以从两方面
入手，一种方法是减小开关变换器中的寄生电容，另一种方法就是在电路中增加
缓冲电路来减缓电流或电压，以降低开关电源过热而导致的损坏，而就前一种方
法相比，增加缓冲电路更加经济可行。

缓冲电路的作用是通过改善功率半导体器
件的开关工作轨迹实现的，它可以抑制开关电源的过电压和过电流，减少开关电
源的损耗从而确保开关电源可以安全可靠的运行。

1.3开关电源缓冲电路的设计基本思路
开关电源缓冲电路的设计形式有很多种，但是其基本思路都是设法使开通中
的开关电源阳极电流缓升，在关断时阳极电压缓升，减小开关过程中的功率损耗，从而避免可关断晶闸管导通和阻断的过程中同时承受过电流和过电压的影响，致
使器件过度发热最终损坏。

缓冲电路可以利用电感电流不能突变的特性抑制电流
上升率，从而达到使开通中的开关电源阳极电流缓升的目的，利用电容电压不能
突变的特性控制器件电压的上升率，从而达到关断时阳极电压缓升的目的。

2.开关电源缓冲电路的类型
2.1RCD缓冲电路
RCD缓冲电路由电阻Rs、电容Cs和二极管VDs组成，电阻Rs和二极管VDs
可以串联或者是并联。

它的作用主要是抑制器件关断时产生的过电压，并限制
du/dt从而减小器件的关断损耗。

RCD缓冲电路在开关电源关断时，负载的电流
会在经过电阻Rs和电容Cs时产生分流，减小了电路中的电流大小。

此外，蓄积
在寄生电感中的能量可以通过开关电源中的寄生电容进行充电，从而使开关电压
缓慢上升，当寄生电感和寄生电容两端的电压相同时，吸收二极管VDs就会导通，使得开关电压保持在一伏左右。

同时，寄生电感也可以为电容进行充电，使得开
关接通时能够吸收电容对电阻Rs充电，电阻Rs起到抑制放电电流的作用，经过
一段时间后，电容两端的电压接近于零，为开关电源的关断做好准备。

RCD缓冲
电路可以降低开关电源中的电压应力从而达到保护电路的目的，它是结构最简单、成本最低的缓冲电路，因此被广泛的使用。

但是，这一缓冲电路的钳位电压会随
着电路负载的变化而变化，如果缓冲器的参数确定不合理，缓冲电路就会达不到
应有的效果而使开关电源遭到破坏，此外，RCD缓冲电路的损耗还比较大，从而
影响该电路的应用效果。

2.2 LCD缓冲电路
LCD缓冲电路由电感Lr、电容Cs、Cr和二极管VD1、VD2、VD3组成，由于LCD缓冲电路不使用有源器件，而且不包含耗能元件，几乎不产生损耗，所以又
被称为无源无损缓冲电路。

LCD缓冲电路的作用是减少主开关管的电流和电压上
升速率，使之从零开始，使开关管工作在准零电流导通和准零电压关断状态，减
小开关接通关断过程中的损耗。

LCD缓冲电路常用的方法有很多种，其一是将电
感与开关管串联，这样一来，在开关电源接通时，回路中的电流只能从零开始增加，从而达到保护电路，减少损耗的目的。

还可以将电容与开关管并联，这样在
开关电源时，开关管两端的电压也只能从零开始缓慢上升，使得关断时的电路不
能立即产生过电压，从而达到缓冲的作用。

LCD缓冲电路的结构和RCD缓冲电路
一样简单，但是却比RCD缓冲电路更具有优势。

它的缓冲效率非常高，对电路的
电磁干扰小，而且造价很低、性能好、可靠性高。

目前，经过的多年的发展，LCD缓冲电路的相关技术已经比较成熟，但是仍不断有新的成果发表，LCD缓冲
电路现在已经成为实现软开关的重要技术之一，并且引起了相关专家的广泛关注，有着非常好的发展前景。

2.3能量回馈缓冲电路
能量回馈缓冲电路的吸收能量不用任何可控型开关器件和相关的控制电路就
能直接或间接的回馈到直流电源和负载。

具有控制改善开关器件的运行轨迹，使
之位于正、反向安全工作区之内，降低功率器件开关损耗和电磁噪声，提高装置
的过流、过压能力的作用。

在开关电源接通时，寄生电容Cs可以通过二极管、
传输电容Co、开关吸收电感谐振回路放电，Cs上的部分能量可以通过二极管、
变压器等回馈到开关电源上，从而减小峰值谐振电流，起到保护电路的作用。

在
开关电源断开时，电感Ls中的大部分能量能够转移到电容器中，只有一小部分回馈到电源，开关管上不会出现大的浪涌电压，被有效地箝位，达到降低开关管应
力的目的。

能量回馈缓冲电路尽管结构比较复杂，但是相比于其他缓冲电路，它
更能保证大功率设备的稳定高效运行。

3.结语
随着电力电子技术的发展, 开关电源正趋向于小型化和轻量化，但是为了保证
使用的要求，开关电源的使用频率就会相应的增加，从而增加开关损耗，导致器
件过热失效或者是产生关断过电压，而在电路中加入缓冲电路就是为了减轻器件开关过程中的功率负担。

缓冲电路现已成为电路中必不可少的一部分，发挥着至关重要的作用，虽然现阶段已经研制出了RED缓冲电路、LCD缓冲电路、能量回馈缓冲电路等多种类型的缓冲电路，但是对新型缓冲电路的研究开发仍是学界的热点。

参考文献
[1]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].修订版.北京:电子工业出版社, 2004.
[2]姜杰,尹文婧,许峻,等.应用于流水线ADC的参考电压源及其输出缓冲器[J].微电子学,2006,36(6):806-809.。