很显然，基于理想开关器件的电力电子变换器是不需要吸收电路的设计的，只有考虑非理想的开关器件和变换器拓扑特性，吸收电路的设计才具有意义。变换器的吸收电路存在多种多样的形式，在一些特殊应用中还可能使用非线性器件，如压敏电阻等。这里重点分析的是线性吸收电路。

线性吸收电路指的是构成吸收电路的储能元件（电容和电感）的参数（容值和感值）不随着承受的电压或者流经的电流而改变，本节讨论的吸收电路指的都是线性吸收电路。

为确保大容量变换器的安全可靠运行，采用吸收电路就十分必要。一般来说，吸收电路的使用可以为变换器带来如下好处：

1）降低变换器中开关器件的损耗（有源开关器件和二极管）；

2）当开关器件开通和关断的时候，降低开关器件承受的di/dt和du/dt，确保开关器件正常工作。同时，也可以降低开关器件动作时产生的电磁噪声；

3）可以降低变换器的总损耗，提高变换器的效率。

在变换器中，按照吸收电路的功能，可以将其分为di/dt吸收电路和du/dt吸收电路，前者主要是限制开关器件在开通时di/dt值，一般也称作开通吸收电路；同样，du/dt吸收电路一般也称作关断吸收电路。在一些变换器应用中，两者进行结合，形成在器件开通和关断都起作用的复合式吸收电路。

通过电路的分析可以知道，在开通吸收电路中一般使用电感作为核心吸收器件，来承担di/dt的抑制，其他器件一般为其服务。同样在关断吸收电路中，无感电容（或者称作低感电容）是核心器件。通过变换器拓扑结构分析，可以得到这些核心的电感和电容器件应使用的数量和安装的位置。在电压型变换器中，需要开通吸收电感的数量最多为变换器包含的基本拓扑单元的个数，而关断吸收电容的数量最多为开关器件的数量。举例来说，在三相两电平的变换器中，最多需要3个开通吸收电感、6个关断吸收电容。吸收电路的对器件di/dt和du/dt的影响是其设计考虑的重要要素。

电感和电容都是储能元件，在起吸收作用的过程中，就会储存一些过剩的能量，这些能量的处理也是需要考虑的重要问题。对于吸收电感来说，吸收电感在开关器件开通时软化开关过程，同时储存能量。在开关器件关断时，必须将这部分能量有序地转移、回馈。按照电能流通的规律，该能量转移的对象必须是广泛意义的电压源，即电压源或者是电容。对于吸收电容来说，由于吸收电容所在环路的电气要求，电容中的能量应在下次关断前得到复位。所以需要附加的能量管理支路，能够实现这部分能量最终传递到电流源或负载中，按照电能流通的规律，该支路应是一个感性支路。通常实现无损耗（低损耗）能量转移的最实用手段就是电感电容谐振。

如果将上述描述中的电感和电容的能量回馈电路中加入耗能电阻，或者完全用耗能电阻取代，则吸收电感或者电容存储的能量只能部分转移或者是完全消耗。实际上即使不采用耗能电阻，由于实际电容和电感中存在寄生的电阻效应，这部分能量不能完全转移和回馈，所以所有的吸收电路中的能量回馈都存在效率问题。吸收电路的效率是吸收电路设计中另一个重要要素。

线性吸收电路的拓扑有多种多样，这里给出一种线性吸收电路的通用模型，有助于对其理解。为了使分析能跟后面的具体算例有对应性，这里使用了IGCT作为变换器中的有源开关器件来考虑。将开通和关断吸收电路分开来考虑。则具有一个储能元件、能量可回馈的开通和关断吸收电路示意框图如图7-18所示。

图7-18 开通和关断吸收电路示意框图

其中，图中的能量回馈电路是一个通用的框图，它不对应任何具体的拓扑结构和电路连接，也不对应任何具体的开关器件的规格。能量回馈电路的最大作用就是将储能元件（电感L或者电容C）中储存的能量进行回馈至电源或者负载。另外，跟实际使用情况相对应，使用耗能电阻将储能元件中的能量耗散的吸收电路，不妨称为纯耗能型吸收电路，这种吸收电路也可以看成图7-18描述吸收电路的一种特例。换一种说法，纯耗能型吸收电路是一种能量回馈为零的能量可回馈吸收电路，也可以说成，一个能量回馈效率为零的能量可回馈吸收电路。这种纯耗能型吸收电路的一个例子如图7-19所示，这也正是通常所说的RLD吸收电路和RCD吸收电路。

图7-19 RLD吸收电路和RCD吸收电路

在线性吸收的通用模型中，不但要给出吸收电路的结构外，还要给出相应器件的开通和关断行为外特性的描述。在这里假定器件的端电压和流经电流是分段的、导数连续的余弦函数变化，其波形如图7-20所示。可以看出开关器件关断的时候存在明显的尾部电流，为了更好的描述其尾部电流的特征，引用两个参数如式（7-1）和式（7-2）所示，这两个参数的作用是描述进入拖尾电流时的电流相对大小和非拖尾电流时间占总关断时间的比例。这个尾部电流在IGBT和IGCT都可以见到，而在器件开通电压波形中一般不必作此假设。

I_T/I_L=A （7-1）

t_f/t_soff=B （7-2）

在优化分析之前，作如下的假设、简化和定义：

1）假设开通吸收电路和关断吸收电路是彼此分离的，它们之间不存在能量的流动和交换。(www.daowen.com)

图7-20 开关器件的外特性

2）在吸收电路中，只考察储能元件的吸收过程，不考虑其储存能量的释放过程，能量的释放过程简单的由能量回馈效率来描述。

3）在吸收电路储能元件的吸收过程中，认为输入电压和输出电流的方向和大小不发生改变（广泛意义的电源）。

4）在开关器件开通的时候，其两端电压和的变化如图7-20所示，图中也给出了开关器件关断时其流经电流。

5）IGCT以及二极管的阻态漏电流和通态压降都认为是零，吸收电路中的储能器件的初始电流或者电压值为零。

6）吸收电路的储能器件的充电时间和放电时间总和要小于开关器件的最小通态或者断态时间。

7）开关器件开通时的两端电压和关断时的阳极电流不随着吸收电路参数变化而变化。

8）电路中的杂散电容和杂散电感忽略。

在这样的假设条件下，就可以对吸收电路对开关器件的影响进行数学上的分析。根据定义好的开关器件开通时的两端电压和关断时的阳极电流的描述，可以推出相应的开关器件开通时的阳极电流和关断时的两端电压如下所示，其中，U_S为输入直流电压，I_L为输出负载电流，也可以看成直流电源。

把吸收电路储能元件开始充电到充电完毕的时间间隔定义为吸收电路的充电时间t_c，可以根据上式的约束条件来计算得到。将开关器件开通和关断的时间定义为t_son和t_soff，为了表示方便，将它们统称为t_s。则可以定义开通吸收电路和关断吸收电路储能器件的基值如式（7-5）所示，其参数（容值或者感值）可以归一化（标么形式）如式（7-6）所示：

L_b=U_St_S/（2I_L）C_b=I_Lt_S/（2U_S） （7-5）

X=L/L_b或者X=C/C_b （7-6）

同时，可以定义能量的基值如式（7-7）所示，为了表示方便，认为分析开通吸收电路时，有A=1且B=0。

W_b=U_SI_Lt_S（A+B）/2 （7-7）

电感和电容中储存的能量如式（7-8）所示，认为其中的部分能量（定义为W_r）回馈至电源或者负载，则吸收电路能量回馈效率也可以定义。

W_L=LI²_L/2和W_C=CU²_S/2 （7-8）

η_r=W_r/W_L和η_r=W_r/W_C （7-9）

至此，就在若干假设和定义的基础上，得到了线性吸收电路的通用模型，可以进行后面的参数优化计算和分析。