0    引言

    電壓毛刺" title="毛刺">毛刺是高頻" title="高頻">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,，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(kāi)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，u_AC的電壓波形為極性交變的方波,。

圖1    高頻整流" title="整流">整流的RC吸收電路

圖2    高頻調(diào)制方波

    設(shè)某一時(shí)刻t=0時(shí)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(shí),，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(guò)程中,，R上的功耗為2CE_o²,。

    充電過(guò)程結(jié)束最終C上的電壓為E_o,，極性反轉(zhuǎn)。一個(gè)周期內(nèi)u_AC翻轉(zhuǎn)兩次,，R上的總功耗為4CE_o²,。例如：一個(gè)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(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" title="無(wú)損吸收">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。L_o與C_o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(kāi)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(dòng)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 

(a)    u_AB波形

(b)    u_gs波形

圖5    u_AB與u_gs的相位關(guān)系

    其吸收原理如下所述。

    1）t₁－t₂時(shí)段    u_AB處于高毛刺階段,，毛刺最大值比正常值U_o高出ΔU,，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，u_AB的毛刺部分將被C所吸收,，使u_c=U_o＋ΔU,。顯然,，C越大，ΔU越??；毛刺越高，ΔU越大,。

    2）t₂－t₃時(shí)段    u_AB=U_o,，D₁₂反偏截止。D₁與D₄導(dǎo)通,，忽略D₁與D₄上的壓降,，U_EF=U_o。以_E為電壓參考點(diǎn),，U_F比U_E電位低U_o,，記作－U_o；由于U_C=U_EG=U_o＋ΔU_o,，則U_G比U_E低U_o＋ΔU,，記作－（U_o＋ΔU）；這樣U_FG=U_F－U_G=ΔU,。

    由圖5（b）可以看出,，在t₁－t₃時(shí)間段開(kāi)關(guān)管S被觸發(fā)導(dǎo)通，U_FG將使L中的電流逐步上升,，使C上高于U_o部分的電壓ΔU的能量逐漸轉(zhuǎn)移到L上,，當(dāng)t₃時(shí)刻u_AB消失，u_gs同時(shí)也消失,，S截止,。L上的能量將通過(guò)D向輸出電容C_o釋放，形成電壓毛刺的無(wú)損吸收,。

    3）t₄－t₅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t₁－t₂時(shí)間段,。

    4）t₅－t₆時(shí)段    工作過(guò)程同t₂－t₃時(shí)間段。

    t₇時(shí)刻開(kāi)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u_AB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6    雙半波整流電路與電壓尖峰吸收電路

4    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(kāi)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ΔU,，因此C要選擇適當(dāng),；

    2）過(guò)大的L將使C中的ΔU能量無(wú)法及時(shí)轉(zhuǎn)移到L中，因?yàn)?Delta;U=Ldi/dt,，L過(guò)大,，將使其中的電流增長(zhǎng)速度減慢；L過(guò)小,，則di/dt過(guò)大將使承受的應(yīng)力加大只能選取大電流的開(kāi)關(guān)管,，同時(shí)對(duì)向輸出端釋放電感能量的二極管（圖4中的D，圖6中的D₄）也提高了容量要求,，因此,，L的選擇也要適當(dāng)。