在电力电子领域，RC 缓冲器作为一种至关重要的电路元件，在开关应用中发挥着控制电压尖峰、降低电路噪声的关键作用。近期，在浏览谷歌时，发现各大电商平台上充斥着各种超低价的 RC 缓冲电路模块，这也引发了我们对其深入探讨的兴趣。接下来，将为大家详细介绍 RC 缓冲电路的相关见解以及电感负载抑制的实用技巧。
　　一、RC 缓冲电路的基本原理与模块构成
　　理论上，RC 缓冲电路在开关应用中充当保护措施的角色，通过电阻和电容的协同作用，有效抑制电压尖峰和瞬态噪声。常见的 RC 缓冲电路模块（有时被某些供应商称为 RC 吸收电路模块）通常仅包含一个电阻、一个电容和一个压敏电阻这三个基本元件。
　　大多数供应商声称，预接线模块适用于交流 / 直流 5 - 400V 电感负载（<1000W），可用于保护继电器触点和双向可控硅。虽然在现代电子测试系统中，硅光电倍增管（SiPM）作为一种高性能的光探测器，需要外部提供高压偏置电源来确保其正常工作。根据测试系统选用的型号，通常需要正偏置电压。本文将围绕 SiPM 测试板对偏置电压源的考虑展开详细探讨，涉及不同电压源的特点、选择依据以及实际应用中的注意事项。
　　一、SiPM 测试板偏置电压源的概述
　　在 SiPM 测试系统中，为所有 16 个通道提供单独一个偏置电压是常见的设计方案。一代与二代测试板硬件采用的都是滨松的电源 C14156，而第三代测试板为了追求更高的电源质量，使用了 C11204 - 2 电源。不过，这也导致成本增加了 5 - 10 倍。值得一提的是，如果用户具备较强的电源设计能力，其实也可以自行设计偏压电压源。

　　图片面包板社区博主 coyoo《三代 SiPM 测试板对偏置电压源的考虑》
　　二、C14156 电压源
　　C14156 对外输出范围是 0 - 80V，需要外部控制并调节输出电压的变化。测试系统采用数模转换器（DAC）来控制，每 1mV 可以调节 7mV 的输出变化。然而，与 C11204 - 02 相比，其精度相对较低。以下是 C14156 的功能框图：

　　图 1：C14156 功能框图
　　三、C11204 - 02 电压源
　　从代测试系统开始，其实就应该选用 C11204 - 02。但由于其初始的电压输出范围是 40 - 90V，而测试系统选用的 S14161 - 6050HS - 04 的击穿电压（Vb）是 38V，其工作电压可能位于 38 到 40 之间，使用 C11204 - 02 无法让其在这个范围内工作，所以当时舍弃了该电源。等到设计第三代测试板时，发现滨松更新了 C11204 - 02，其输出电压范围更新为 20 - 90V，完全满足了选用的 SiPM 的要求。

　

　　图 2：C11204 - 02 的功能电路图（左），以及温度补偿使用的温度传感器芯片电路

　

　　图 3：C11204 - 02 引脚定义

　　

　　图 4：功能框图
　　四、滨松推荐的偏置电压源使用框图结构
　　如图 5 所示，当 MPPC 输出接入放大器时，高压偏压经一由 1Kohm 电阻和 0.1uF 电容组成的低通滤波器后提供给 MPPC。该低通滤波器的主要功能是滤除来自供电电源的低频噪声。同时，这个串接的 1Kohm 电阻还可以起到限流作用。
　　MPPC 是一个 “低照度”（low - light - level）探测器，然而，在某些场合下，会有大量光照进入，比如模块出现漏光的情况。这个时候，该电阻就可以起到保护作用，同时通过测量电阻两端压降，也给我们提供了一个快速检测模块是否出现了漏光的方法。测试系统正常情况下 1Kohm 电阻的压降应该是 0.03V，有时候如果遮光不合理，会出现大于 0.1V 的压降，此时应该考虑模块是否出现了漏光。使用图 5 结构的时候，也应该注意选择合适的串接电阻，不当阻值电阻，会给 MPPC 的工作电压带来意外的压降。
　　模块中的组件具体包括：
　　R = 220Ω/2W 电阻（MFR1%）
　　C = 104J/630V 电容器（CBB22）
　　MOV = 10D/471K 金属氧化物压敏电阻（10mm/470V±10%）
　　缓冲器中使用的 RC 值是权衡的结果。实际上，电阻值（R）必须足够大，以限制开关触点闭合时的电容放电电流，但又要足够小，以充分限制开关触点断开时的电压。较大的电容值（C）会降低开关触点断开时的电压，但会增加开关触点闭合时的电容放电能量。此外，当开关触点断开时，电流将流过缓冲网络，需要验证该漏电流不会对应用造成问题，并且缓冲电阻的功耗不能超过其额定功率。
　　二、RC 缓冲器的设计要点
　　确定 RC 值的方法是使用示波器试验各种 RC 组合，同时监测尖峰抑制（或关断瞬态抑制）。然后根据需要调整 R 和 C 值，直到达到所需的抑制效果。根据实际经验，对于大多数继电器和双向可控硅，100nF + 100Ω 的阻值就可以提供可接受的抑制效果。
　　上述 RC 缓冲模块要连接在开关点上，它是一个简化的电阻电容缓冲电路，由一个电阻和一个电容串联组成。其中，电阻有助于吸收电压尖峰的能量，而电容则为该能量提供短暂的存储，这样，电流突变造成损害的风险就被化。
　　大多数缓冲电路还会将金属氧化物压敏电阻（MOV）与 RC 电路连接起来，方法是将其放置在输入线路上。MOV 是一种特殊类型的压敏电阻（VDR），其非线性电阻材料采用金属氧化物（常见的是氧化锌）。然后，MOV 将保护并联电路和负载。MOV 将设置通过负载的输入电压和 di/dt，而 RC 缓冲器将设置（如双向可控硅）上的 dv/dt 和峰值电压。在处理非电阻负载时，应充分考虑 di/dt 和 dv/dt 值。
　　当双向可控硅驱动电感负载时，电源电压和负载电流的相位不同。为了限制重新施加电压的斜率并确保双向可控硅正确关断，通常会在双向可控硅上并联一个缓冲电路。缓冲电路也可用于提高双向可控硅对快速瞬变电压的抗扰度。
　　简而言之，本文介绍的通用 RC 缓冲电路模块适用于某些带有电感负载和开关器件（例如双向可控硅、晶闸管和功率继电器）的电路。使用时，该模块的两个输入螺丝端子连接到继电器的两个触点（例如公共触点和常开触点），或者与双向可控硅 / 晶闸管并联。
　　三、电感负载抑制的方法与技巧
　　电感负载抑制涵盖了一系列旨在减轻潜在反冲不利影响的方法，当电感负载（例如螺线管或电机）突然断电时就会出现这种不利影响。抑制器电路通常与电感负载一起使用，以抑制控制输出关闭时的电压尖峰。这些电路通过缓解电感负载电流中断时发生的高压瞬变，来帮助防止输出过早失效。
　　下面的随机选择的样本电压波形更清楚地说明了这一点。
　　此外，抑制电路在降低电感负载切换过程中产生的电噪声 / 电弧方面起着至关重要的作用。抑制效果不佳的电感负载会产生细微的噪声，从而干扰精密电子元件和电路的运行。减少干扰的有效方法是根据设置需要在负载或开关元件上安装外部抑制电路，并将其物理位置尽可能靠近负载或开关元件。
　　以下是一些针对电感负载抑制应用的技巧，相应的图表有助于直观地理解这些技巧。
　　在大多数应用中，在直流电感负载上放置一个标准二极管即可为控制直流电感负载的直流输出或继电器输出提供足够的保护。但是，如果应用需要更快的关断时间，则建议使用适当规格的齐纳二极管。
　　对于控制交流电感负载的继电器输出，可将 MOV 与并联 RC 电路配合使用。此时，请确保 MOV 的工作电压至少比额定线电压高 20%。
　　在直流电压应用中，RC 缓冲网络通常跨接在继电器触点上；而在标准交流电压应用中，RC 缓冲网络则跨接在负载上。为了强调这一点，在相位控制电路中，RC 缓冲网络必须跨接在双向可控硅上。