一、尖峰電壓概述
尖峰電壓是一種特殊的浪涌電壓形式，其主要特征為持續(xù)時(shí)間極短，僅數(shù)十微秒，但電壓幅值卻可高達(dá)幾百伏。尖峰電壓通常由雷擊或負(fù)載階躍的感應(yīng)耦合所引發(fā)。在實(shí)際的電力系統(tǒng)和電子設(shè)備運(yùn)行過程中，電機(jī)、電容器以及功率轉(zhuǎn)換設(shè)備（例如變速驅(qū)動(dòng)器）是產(chǎn)生尖峰電壓的關(guān)鍵因素。
從原理層面來講，當(dāng)系統(tǒng)電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況，或者在突然來電的瞬間，由于電子元件中的電感、電容等儲(chǔ)能元件的作用，會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生遠(yuǎn)高于正常工作電壓，甚至達(dá)到正常電壓幾倍乃至十幾倍的瞬間高電壓。這個(gè)瞬間高電壓的峰值即為尖峰電壓。
二、尖峰電壓產(chǎn)生原理
尖峰電壓的產(chǎn)生根源在于電感續(xù)流現(xiàn)象。具體而言：
引發(fā)尖峰電壓的電感因素 ：變壓器的漏感是常見的引發(fā)因素之一。在變壓器運(yùn)行過程中，由于磁路的不完全耦合，原邊和副邊繞組之間存在漏感，當(dāng)電流發(fā)生變化時(shí)，漏感上的電壓降會(huì)引發(fā)尖峰電壓。此外，線路分布電感以及器件等效模型中的感性成分也可能是尖峰電壓的誘因。例如，在電路布線過程中，導(dǎo)線的電感往往容易被忽視，但在快速變化的電流環(huán)境下，這部分電感可能導(dǎo)致尖峰電壓的產(chǎn)生。
引發(fā)尖峰電壓的電流因素 ：拓?fù)潆娏鞯淖兓羌夥咫妷寒a(chǎn)生的原因之一。例如，在開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷會(huì)導(dǎo)致電流的突變，從而在與電感元件相互作用時(shí)產(chǎn)生尖峰電壓。二極管反向恢復(fù)電流也是一個(gè)重要的電流因素。當(dāng)二極管由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時(shí)，會(huì)有反向恢復(fù)電流流過，該電流在電感元件上會(huì)產(chǎn)生較高的電壓尖峰。另外，不恰當(dāng)?shù)闹C振電流也可能會(huì)引發(fā)尖峰電壓，尤其是在諧振電路的設(shè)計(jì)不合理或運(yùn)行異常的情況下。
三、減小尖峰電壓的策略
優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，減少電感和電流因素 ：在電路設(shè)計(jì)階段，應(yīng)盡量減少可能引起尖峰電壓的電感，例如降低變壓器的漏感、優(yōu)化布線以減小布線電感等。同時(shí)，也應(yīng)采取措施減少可能引起尖峰電壓的電流，如優(yōu)化二極管反向恢復(fù)電流等。例如，在選擇二極管時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際電路要求，選用具有合適反向恢復(fù)時(shí)間的二極管，以降低反向恢復(fù)電流對尖峰電壓的影響。
轉(zhuǎn)移電感能量 ：將上述可能引發(fā)尖峰電壓的電感能量轉(zhuǎn)移到其他合適的路徑或元件中，避免其在原電路路徑上產(chǎn)生過高的尖峰電壓。例如，可以設(shè)計(jì)能量轉(zhuǎn)移電路，將電感中的能量引導(dǎo)到儲(chǔ)能元件（如電容）中，實(shí)現(xiàn)能量的緩沖和釋放。
經(jīng)過上述措施優(yōu)化后，若尖峰電壓仍不能滿足要求，那么可考慮采用吸收電路來進(jìn)一步抑制尖峰電壓。
四、尖峰吸收緩沖電路
緩沖電路及其作用 ：對于沖擊尖峰電流而言，簡單的緩沖電路可以對其進(jìn)行抑制。沖擊尖峰電流的成因主要包括二極管（包括體二極管）反向恢復(fù)電流以及電容的充放電電流。這些電容可能是電路分布電容、變壓器繞組等效分布電容、設(shè)計(jì)不恰當(dāng)?shù)奈针娙荨⒃O(shè)計(jì)不恰當(dāng)?shù)闹C振電容以及器件等效模型中的電容成分等。
緩沖方法及注意事項(xiàng) ：緩沖的基本方法是在沖擊電流尖峰的路徑上串入某種類型的電感，這種方法常見于 BUCK 電路中。需要注意的是，由于緩沖電感的串入會(huì)顯著增加吸收的工作量，因此緩沖電路一般需要與吸收電路配合使用。緩沖電路的作用是延緩導(dǎo)通電流沖擊，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)軟開通（ZIS），降低電流沖擊對電路元件的影響。
五、尖峰電壓吸收電路設(shè)計(jì)方案
尖峰電壓吸收電路主要有以下三種設(shè)計(jì)方案：
齊納鉗位電路 ：利用齊納二極管和超快恢復(fù)二極管（SRD）組成齊納鉗位電路。齊納二極管具有穩(wěn)壓特性，當(dāng)尖峰電壓超過齊納二極管的穩(wěn)壓值時(shí)，齊納二極管導(dǎo)通，將尖峰電壓鉗位在設(shè)定的穩(wěn)壓值附近，從而保護(hù)后續(xù)電路免受過高電壓的沖擊。超快恢復(fù)二極管則有助于快速導(dǎo)通和關(guān)斷，提高電路的響應(yīng)速度和吸收效果。
軟鉗位電路 ：采用阻容元件和超快恢復(fù)二極管組成的 R、C、SRD 軟鉗位電路。阻容元件可以起到緩沖和能量吸收的作用，與超快恢復(fù)二極管協(xié)同工作，對尖峰電壓進(jìn)行抑制。這種電路結(jié)構(gòu)能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)對尖峰電壓的軟限制，降低尖峰電壓的幅值和上升速率。
RC 緩沖吸收電路 ：由阻容元件構(gòu)成 RC 緩沖吸收電路。阻容元件的組合可以提供一定的阻抗匹配和能量吸收功能，當(dāng)尖峰電壓出現(xiàn)時(shí)，電容元件能夠吸收部分能量，電阻元件則有助于消耗能量，從而實(shí)現(xiàn)對尖峰電壓的有效抑制。
六、開關(guān)電源電路中的應(yīng)用實(shí)例
在開關(guān)電源電路中，通常會(huì)采用一些電容組合來濾除尖峰電壓。例如，在經(jīng)過穩(wěn)壓器 7805 穩(wěn)壓后，在大的電解電容旁邊加一個(gè)小的瓷片電容。其中，大的電解電容主要用于濾除低頻的紋波電壓，而小的瓷片電容則能夠?yàn)V除高頻的尖峰電壓，特別是高 dV/dt 的尖峰電壓成分，從而提高輸出電壓的質(zhì)量和穩(wěn)定性，確保開關(guān)電源的可靠運(yùn)行。
通過對尖峰電壓的產(chǎn)生原理、影響因素、減小策略以及吸收電路設(shè)計(jì)方案的深入理解和合理應(yīng)用，可以有效降低尖峰電壓對電子設(shè)備和電力系統(tǒng)的危害，提高電路的可靠性和穩(wěn)定性，保障設(shè)備的正常運(yùn)行。
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