高頻整流電路中的新型電壓毛刺無損吸收電路

1、高頻整流電路中的新型電壓毛刺無損吸收電路日期：2005-4-20來源：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)潆娐分兄髯兇渭壊糠謨煞N常見整流電路中的電壓毛刺無損吸收全過程，討論了無損吸收電路中LC選取注意點。     關(guān)鍵詞：高頻整流；電壓毛刺尖峰；無損吸收電路引言電壓毛刺是高頻變換器研制和生產(chǎn)過程中的棘手問題，處理得不好會帶來許多的問題，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程，在R上就會有功耗。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)某一時刻t=0時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變化過程中，R上的功耗為2CEo2。充電過程結(jié)束最終C上的電壓為Eo，極性反轉(zhuǎn)。一個周期內(nèi)uAC翻轉(zhuǎn)兩次，R上的總功耗為4CEo2。例如：一個輸出為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]毛刺的因素實際值遠(yuǎn)大于此值。顯然，對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為毛刺能量儲存電容。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)動脈沖波形示于圖5。其吸收原理如下所述。1）t1t2時段uAB處于高毛刺階段，毛刺最大值比正常值Uo高

5、出U，這時由D1，D2，D11，D12形成全橋整流電路，對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?。幻淘礁?，U越大。2）t2t3時段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，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、時刻uAB消失，ugs同時也消失，S截止。L上的能量將通過D向輸出電容Co釋放，形成電壓毛刺的無損吸收。3）t4t5時段繞組AB之間的電壓反向，此時D2與D11導(dǎo)通，對C充電，之后的工作過程同t1t2時間段。4）t5t6時段工作過程同t2t3時間段。t7時刻開始，電路將重復(fù)以上過程。3 主變壓器二次為雙半波整流電路的電壓毛刺無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)動脈沖波形與圖5完全一致。其工作過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損吸收電路正常工作，在設(shè)計LC時注意下述2個問題：1）過大的C將會使整流二極管開機(jī)瞬間沖擊電流增加，過小的C將導(dǎo)致吸收毛刺過程中過大的電壓增量U，因此C要選擇適當(dāng)；2）過大的L將使C中的U能量無法及時轉(zhuǎn)移到L中，因為U=Ldi/dt，L過大，