高頻整流電路中的新型電壓毛刺無損吸收電路

0 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，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?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/毛刺">毛刺，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，u_AC的電壓波形為極性交變的方波。

圖1 高頻整流的RC吸收電路

圖2 高頻調(diào)制方波

設(shè)某一時刻t=0時u_AC的極性為上正下負(fù)，大小為E_o，C上的電壓為E_o，極性上負(fù)下正，等效電路如圖3所示。由電路方程可得

E_o=idt－E_o＋iR

圖3 等效電路

由初始條件t=0時，i=2E_o/R，解得i=2E_oe^－t/RC/R。

電阻R上的消耗功率W_R=i²Rdt=2CE_o²

即C上的電壓從－E_o→＋E_o變化過程中，R上的功耗為2CE_o²。

充電過程結(jié)束最終C上的電壓為E_o，極性反轉(zhuǎn)。一個周期內(nèi)u_AC翻轉(zhuǎn)兩次，R上的總功耗為4CE_o²。例如：一個輸出為48V的整流器，E_o通常約為150V，頻率f取50kHz，電容C取1nF，則R上的功耗W_R=4CE_o²×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。L_o與C_o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u_gs，與繞組AB形成固定的相位關(guān)系。繞組AB的電壓u_AB波形與S上的驅(qū)動脈沖波形示于圖5。

圖4 全橋整流電路與電壓尖峰吸收電路