高頻整流電路中的新型電壓毛刺無(wú)損吸收電路

1、高頻整流電路中的新型電壓毛刺無(wú)損吸收電路日期：2005-4-20來(lái)源：電源技術(shù)應(yīng)用  作者：江蘇靖江大唐科源電氣有限公司 肖興龍 葉雪梅 王 飛字體：大 中 小    摘要：定量分析了常規(guī)RC電壓毛刺吸收電路中電阻上的發(fā)熱情況，詳細(xì)描述了全橋或半橋拓?fù)潆娐分兄髯兇渭?jí)部分兩種常見(jiàn)整流電路中的電壓毛刺無(wú)損吸收全過(guò)程，討論了無(wú)損吸收電路中LC選取注意點(diǎn)。     關(guān)鍵詞：高頻整流；電壓毛刺尖峰；無(wú)損吸收電路引言電壓毛刺是高頻變換器研制和生產(chǎn)過(guò)程中的棘手問(wèn)題，處理得不好會(huì)帶來(lái)許多的問(wèn)題，諸如：功率管的耐壓必須提高，而且耐壓越高，其通態(tài)電壓越大

2、，功耗越大，這不僅使產(chǎn)品效率降低，而且使電路可靠性降低；另外，高頻雜音的增加，對(duì)環(huán)境造成污染；為了達(dá)到指標(biāo)，必須進(jìn)一步采取措施，結(jié)果不僅使產(chǎn)品體積增大，而且使成本增加。解決辦法通常是：增加主變壓器中各線圈的耦合程度，以減少漏感（例如雙線并繞等）；選用結(jié)電容小，恢復(fù)時(shí)間短的優(yōu)質(zhì)開關(guān)管；增加吸收電路，最常用的是RC吸收電路，這種電路雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是有損的，而且變換器功率越大，需要的C越大，使R上的功耗也越大，導(dǎo)致R的體積很大，其結(jié)果是產(chǎn)品中常常裝有體積大的電阻電容，使運(yùn)行環(huán)境惡化，整機(jī)效率降低。顯然這些解決辦法不理想，本文將介紹兩種無(wú)損電壓毛刺回收電路。1 常規(guī)RC吸收電路的功耗RC吸收電路如圖1

3、所示，設(shè)主變壓器一次側(cè)為半橋或全橋電路，二次側(cè)為極性交變的脈寬調(diào)制方波，并且?guī)в忻?，如圖2所示。這樣在RC串聯(lián)電路中就有充放電過(guò)程，在R上就會(huì)有功耗。為分析方便，先不考慮電壓毛刺，uAC的電壓波形為極性交變的方波。設(shè)某一時(shí)刻t=0時(shí)uAC的極性為上正下負(fù)，大小為Eo，C上的電壓為Eo，極性上負(fù)下正，等效電路如圖3所示。由電路方程可得即C上的電壓從EoEo變化過(guò)程中，R上的功耗為2CEo2。充電過(guò)程結(jié)束最終C上的電壓為Eo，極性反轉(zhuǎn)。一個(gè)周期內(nèi)uAC翻轉(zhuǎn)兩次，R上的總功耗為4CEo2。例如：一個(gè)輸出為48V的整流器，Eo通常約為150V，頻率f取50kHz，電容C取1nF，則R上的功耗WR=4

4、CEo2×f=5W?？紤]毛刺的因素實(shí)際值遠(yuǎn)大于此值。顯然，對(duì)于大功率高頻率變換器，R上的功耗是相當(dāng)大的。2 主變壓器二次為橋式整流電路的電壓毛刺無(wú)損吸收電路二次為橋式整流電路如圖4所示。圖中D1，D2，D3，D4為主整流管；D11及D12為毛刺吸收電路專用二極管。Lo與Co為主整流電路中的電感和電容；C為毛刺能量?jī)?chǔ)存電容。L，S，D組成毛刺能量轉(zhuǎn)換釋放電路。主變壓器中繞組CD和脈沖轉(zhuǎn)換電路一起形成S的開關(guān)控制脈沖ugs，與繞組AB形成固定的相位關(guān)系。繞組AB的電壓uAB波形與S上的驅(qū)動(dòng)脈沖波形示于圖5。其吸收原理如下所述。1）t1t2時(shí)段uAB處于高毛刺階段，毛刺最大值比正常值Uo高

5、出U，這時(shí)由D1，D2，D11，D12形成全橋整流電路，對(duì)C充電，具體講是D1和D12導(dǎo)通，uAB的毛刺部分將被C所吸收，使uc=UoU。顯然，C越大，U越小；毛刺越高，U越大。2）t2t3時(shí)段uAB=Uo，D12反偏截止。D1與D4導(dǎo)通，忽略D1與D4上的壓降，UEF=Uo。以E為電壓參考點(diǎn)，UF比UE電位低Uo，記作Uo；由于UC=UEG=UoUo，則UG比UE低UoU，記作（UoU）；這樣UFG=UFUG=U。    由圖5（b）可以看出，在t1t3時(shí)間段開關(guān)管S被觸發(fā)導(dǎo)通，UFG將使L中的電流逐步上升，使C上高于Uo部分的電壓U的能量逐漸轉(zhuǎn)移到L上，當(dāng)t3

6、時(shí)刻uAB消失，ugs同時(shí)也消失，S截止。L上的能量將通過(guò)D向輸出電容Co釋放，形成電壓毛刺的無(wú)損吸收。3）t4t5時(shí)段繞組AB之間的電壓反向，此時(shí)D2與D11導(dǎo)通，對(duì)C充電，之后的工作過(guò)程同t1t2時(shí)間段。4）t5t6時(shí)段工作過(guò)程同t2t3時(shí)間段。t7時(shí)刻開始，電路將重復(fù)以上過(guò)程。3 主變壓器二次為雙半波整流電路的電壓毛刺無(wú)損吸收電路二次為雙半波整流電路如圖6所示。為分析方便，仍忽略D1，D2，D3的壓降。顯然uAB的波形、S的驅(qū)動(dòng)脈沖波形與圖5完全一致。其工作過(guò)程與橋式整流電路相似，在此不再贅述。圖64 關(guān)于LC選取的原則為使上述電壓毛刺無(wú)損吸收電路正常工作，在設(shè)計(jì)LC時(shí)注意下述2個(gè)問(wèn)題：1）過(guò)大的C將會(huì)使整流二極管開機(jī)瞬間沖擊電流增加，過(guò)小的C將導(dǎo)致吸收毛刺過(guò)程中過(guò)大的電壓增量U，因此C要選擇適當(dāng)；2）過(guò)大的L將使C中的U能量無(wú)法及時(shí)轉(zhuǎn)移到L中，因?yàn)閁=Ldi/dt，L過(guò)大，