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)時間極短，僅數(shù)十微秒，但電壓幅值卻可高達幾百伏。尖峰電壓通常由雷擊或負載階躍的感應耦合所引發(fā)。在實際的電力系統(tǒng)和電子設備運行過程中，電機、電容器以及功率轉(zhuǎn)換設備（例如變速驅(qū)動器）是產(chǎn)生尖峰電壓的關鍵因素。
從原理層面來講，當系統(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、電容等儲能元件的作用，會在系統(tǒng)中產(chǎn)生遠高于正常工作電壓，甚至達到正常電壓幾倍乃至十幾倍的瞬間高電壓。這個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，當電流發(fā)生變化時，漏感上的電壓降會引發(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，這部分電感可能導致尖峰電壓的產(chǎn)生。
引發(fā)尖峰電壓的電流因素 ：拓撲電流的變化是尖峰電壓產(chǎn)生的原因之一。例如，在開關電源的拓撲結(jié)構(gòu)中，開關管的導通和關斷會導致電流的突變，從而在與電感元件相互作用時產(chǎn)生尖峰電壓。二極管反向恢復電流也是一個重要的電流因素。當二極管由導通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P斷狀態(tài)時，會有反向恢復電流流過，該電流在電感元件上會產(chǎn)生較高的電壓尖峰。另外，不恰當?shù)闹C振電流也可能會引發(fā)尖峰電壓，尤其是在諧振電路的設計不合理或運行異常的情況下。
三、減小尖峰電壓的策略
優(yōu)化電路設計，減少電感和電流因素 ：在電路設計階段，應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，也應采取措施減少可能引起尖峰電壓的電流，如優(yōu)化二極管反向恢復電流等。例如，在選擇二極管時，可以根據(jù)實際電路要求，選用具有合適反向恢復時間的二極管，以降低反向恢復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，可以設計能量轉(zhuǎn)移電路，將電感中的能量引導到儲能元件（如電容）中，實現(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、設計不恰當?shù)奈针娙?、設計不恰當?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 ：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通電流沖擊，從而在一定程度上實現(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計方案
尖峰電壓吸收電路主要有以下三種設計方案：
齊納鉗位電路 ：利用齊納二極管和超快恢復二極管（SRD）組成齊納鉗位電路。齊納二極管具有穩(wěn)壓特性，當尖峰電壓超過齊納二極管的穩(wěn)壓值時，齊納二極管導通，將尖峰電壓鉗位在設定的穩(wěn)壓值附近，從而保護后續(xù)電路免受過高電壓的沖擊。超快恢復二極管則有助于快速導通和關斷，提高電路的響應速度和吸收效果。
軟鉗位電路 ：采用阻容元件和超快恢復二極管組成的 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，與超快恢復二極管協(xié)同工作，對尖峰電壓進行抑制。這種電路結(jié)構(gòu)能夠在一定程度上實現(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，當尖峰電壓出現(xiàn)時，電容元件能夠吸收部分能量，電阻元件則有助于消耗能量，從而實現(xiàn)對尖峰電壓的有效抑制。
六、開關電源電路中的應用實例
在開關電源電路中，通常會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濾除高頻的尖峰電壓，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，確保開關電源的可靠運行。
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計方案的深入理解和合理應用，可以有效降低尖峰電壓對電子設備和電力系統(tǒng)的危害，提高電路的可靠性和穩(wěn)定性，保障設備的正常運行。
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