專題:無源軟開關(guān)與有源軟開關(guān)
由于硬開關(guān)方式電源產(chǎn)生較大的電磁干攏和開關(guān)損耗,可靠性低,隨著頻率提高這種現(xiàn)象更嚴(yán)重.,因此軟開關(guān)電源應(yīng)運(yùn)而生,
實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)主要有兩種方法:
1) 無源軟開關(guān)(無損吸收)
2) 有源軟開關(guān)
無源軟開關(guān)既不使用有源器件,也沒有耗能元件,既提高了電源效率也可高產(chǎn)品可靠性.但它不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的ZVS或ZCS. 有源軟開關(guān)利用附加的有源元件能實(shí)現(xiàn)真正意義上的ZVS或ZCS,但也帶來一些附加損耗,可靠性也有一定影響.這兩種方法誰更好?更適用?
希望大家多多發(fā)言. 謝謝
專題:無源軟開關(guān)與有源軟開關(guān)
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@蘭波
反問一句,你為什么不說兩句呢?由于論壇新的專題管理程序還沒做好.我又怕別人提交的專題積壓太久,就先發(fā)出來討論討論.以后再改發(fā)帖人.其實(shí)我發(fā)現(xiàn)專題的“主持”一說容易誤導(dǎo)人,容易造成好像一問一答的印象.那么不是專家企敢發(fā)起專題.專題應(yīng)該是點(diǎn)題,大家平等地圍繞這個(gè)主題進(jìn)行討論,不管是誰發(fā)起的.
我說兩句,拋磚引玉嘛
在有源軟開關(guān)電路中,有源箝位還不錯(cuò),但只能在某些特定情況才能實(shí)現(xiàn)ZVS.其它有源軟開關(guān)電路感覺不如無源軟開關(guān)電路,尤其在BOOST電路中,無源型更好.一家之言
在有源軟開關(guān)電路中,有源箝位還不錯(cuò),但只能在某些特定情況才能實(shí)現(xiàn)ZVS.其它有源軟開關(guān)電路感覺不如無源軟開關(guān)電路,尤其在BOOST電路中,無源型更好.一家之言
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無源軟開關(guān)比較可靠!這臺3KW APFC就是無源軟開關(guān)(無損吸收)!圖片右上邊紅色和黑色電感即是無損吸收的電感?br>
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@大林電源
無源軟開關(guān)比較可靠!這臺3KWAPFC就是無源軟開關(guān)(無損吸收)!圖片右上邊紅色和黑色電感即是無損吸收的電感?br>[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/0/1068905282.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
這臺3KW電源 APFC就是無源軟開關(guān)(無損吸收)!
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@大林電源
這臺3KW電源APFC就是無源軟開關(guān)(無損吸收)![圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/0/1068905972.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
圖片3 APFC PCB
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@大林電源
圖片3APFCPCB[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/0/1068906208.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
轉(zhuǎn)一貼 無損吸收網(wǎng)絡(luò)在電源技術(shù)中的應(yīng)用!--ZT應(yīng)用資料
無損吸收網(wǎng)絡(luò)在電源技術(shù)中的應(yīng)用
方良楊浩重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院電工理論與新技術(shù)系(重慶400044)
薛建平王學(xué)紀(jì)中國航天科技集團(tuán)771研究所(西安710075)
1前言
無損吸收網(wǎng)絡(luò)也稱為諧振吸收網(wǎng)絡(luò).它能夠把從輸入或輸出電路中吸收的能量進(jìn)行再利用,或者傳輸給下一個(gè)周期.無損吸收網(wǎng)絡(luò)包括電流和電壓吸收網(wǎng)絡(luò)、上升沿與箝位二合一型電壓吸收網(wǎng)絡(luò).無損吸收網(wǎng)絡(luò)和有損吸收網(wǎng)絡(luò)的基本原理一致,但是普通的無損吸收網(wǎng)絡(luò)沒有衰減(即損耗功能),而為了抑制三次諧波常常在無損吸收網(wǎng)絡(luò)中使用小電阻器.
2無損電壓吸收網(wǎng)絡(luò)
電壓吸收網(wǎng)絡(luò)通過把能量轉(zhuǎn)移到電容器中來控制電壓,而在有損吸收網(wǎng)絡(luò)中,這個(gè)能量從電容器中釋放出來并轉(zhuǎn)化為熱能.在無損吸收網(wǎng)絡(luò)中傳輸能量的方式,一種是反饋給電源,一種是傳輸給負(fù)載,或者使能量在吸收網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部循環(huán).本文僅介紹幾種無損電壓吸收網(wǎng)絡(luò)(諧振能量恢復(fù)電壓吸收網(wǎng)絡(luò))的基本類型.在一些應(yīng)用中,特別是與電流吸收網(wǎng)絡(luò)一起使用時(shí),無損電壓吸收網(wǎng)絡(luò)將變得非常復(fù)雜.
3雙端電壓吸收網(wǎng)絡(luò)
該網(wǎng)絡(luò)的基本電路之一是由三個(gè)二極管、兩個(gè)電容器、一個(gè)電感器(3D-2C-1L)組成的電路,如圖1a所示.該網(wǎng)絡(luò)與一般開關(guān)電路的連接如圖1b所示.這個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用到所有三相變換電路、降壓電路、升壓電路及降壓升壓電路中.這是一個(gè)上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò),它不能用于箝位電路.通常情況下,兩個(gè)電容器的大小相同,兩個(gè)電容器和電感器的諧振頻率高于開關(guān)頻率.
為了理解吸收網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài),假設(shè)圖1b中的開關(guān)管斷開,電感器電流流過主二極管,兩個(gè)電容器放電.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),吸收網(wǎng)絡(luò)必須復(fù)位.由于開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),二極管D1和D2將關(guān)斷,吸收網(wǎng)絡(luò)電感器L1兩端施加電壓VCC.電流流過與電容器諧振的電感器,直到電流為零,此時(shí)與電感器串聯(lián)的二極管關(guān)斷,因此兩個(gè)電容器上的電壓被充到VCC,吸收網(wǎng)絡(luò)為開關(guān)管斷開做準(zhǔn)備.當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí),所有流過主電感器的電流將流入兩個(gè)電容器.與電容器串聯(lián)的兩個(gè)二極管導(dǎo)通,使兩個(gè)電容器并聯(lián).兩個(gè)電容器控制開關(guān)管的電壓轉(zhuǎn)換速率.因電容器吸收了所有的電感器電流,開關(guān)管的關(guān)斷損耗非常小.當(dāng)電容器放電結(jié)束時(shí),主二極管箝位吸收網(wǎng)絡(luò)的電壓,為下一個(gè)周期開始做準(zhǔn)備.
圖1雙端電壓吸收網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和與開關(guān)電路的連接
進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),首先要知道開關(guān)管峰值電流的大小、VCC的最大值以及要求的開關(guān)管電壓上升時(shí)間.兩個(gè)并聯(lián)電容器的大小可以根據(jù)下式計(jì)算出. 2C=I·tr/VCC,式中C是其中一個(gè)電容器的值(C1與C2的大小相同),I是開關(guān)管的峰值電流,tr是要求的最大上升時(shí)間,VCC是最大的電源電壓.
電容器的充電時(shí)間是兩個(gè)電容器與一個(gè)電感器串聯(lián)的一個(gè)完整諧振周期的一半.這個(gè)時(shí)間周期必須小于預(yù)期的開關(guān)管導(dǎo)通的最小時(shí)間.否則,吸收網(wǎng)絡(luò)將不能完全復(fù)位,而且將增大開關(guān)管損耗.一旦知道了復(fù)位時(shí)間,電感量可根據(jù)下式計(jì)算:其中,L是吸收網(wǎng)絡(luò)的電感量,t是復(fù)位時(shí)間. 我們必須知道吸收網(wǎng)絡(luò)電感器中的峰值電流,這樣可以得到串聯(lián)電感器和二極管的大小,以便控制電流.根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)的電感器和電容器中存儲(chǔ)能量相等得到峰值電流,公式為:.
其中,I是電感器中的峰值電流.一個(gè)重要因素是半正弦電流脈沖,當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),它必須流經(jīng)開關(guān)管使吸收網(wǎng)絡(luò)復(fù)位.開關(guān)管必須可以根據(jù)負(fù)載電流調(diào)整這個(gè)電流.
實(shí)際應(yīng)用時(shí),可使一個(gè)電容器比另一個(gè)大10%~20%,以確保兩個(gè)電容器中至少有一個(gè)可以完全充電到VCC.這樣開關(guān)管的功率損耗和應(yīng)力會(huì)達(dá)到最小.
例如:一個(gè)開關(guān)管的電流是1.0A,電壓是400V,上升時(shí)間為400ns.每個(gè)電容器的值均為500pF,恢復(fù)時(shí)間是10μs,得到電感量為400μH,電感器中的峰值電流是316mA.注意,此時(shí)帶有一個(gè)小電容器的二極管的恢復(fù)電荷變得非常重要.這個(gè)二極管的速度必須非???并且有一個(gè)非常低的恢復(fù)電荷.流過二極管的平均電流很小,所以它們的功率不必太大.如果恢復(fù)電荷過大,電容器中儲(chǔ)存的能量將不能保證網(wǎng)絡(luò)在下一個(gè)周期復(fù)位.
4三端吸收網(wǎng)絡(luò)
該網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)二極管、兩個(gè)電容器、一個(gè)電感器.它的工作狀態(tài)與雙端電路相似,三端吸收網(wǎng)絡(luò)如圖2a、圖2b所示.圖2c的電路表明了吸收網(wǎng)絡(luò)與一般變換器的連接關(guān)系.這個(gè)吸級網(wǎng)絡(luò)屬于上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò),可以和降壓電路、升壓電路或者反激電路一起使用.參考圖2c,開關(guān)管斷開時(shí)電路開始工作,電容器C1放電,C2充電到VCC.主電感器L0中的電流流過主二極管D0.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),二極管D1、D2關(guān)斷.VCC施加到吸收網(wǎng)絡(luò)電感器L1的兩端.電流從C2通過L1和D3給C1充電.當(dāng)C2放電結(jié)束時(shí),C1充電到VCC,電感器L1中的電流為0.和電感器L1串聯(lián)的二極管D3截止.開關(guān)管關(guān)斷一段時(shí)間后,流過L0的電流流入吸收網(wǎng)絡(luò),通過D2給C2充電,C1通過D1放電,這樣來控制開關(guān)管電壓的上升沿.即使一個(gè)電容器正在充電,另一個(gè)電容器正在放電,兩個(gè)并聯(lián)的電容器也可以有效的工作.三端吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與前述的雙端吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)基本上是一致的.
41帶有中間電壓的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)
圖3a所示的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)要求一個(gè)中間電壓,這使得該網(wǎng)絡(luò)對于正激和反激變換器非常有用.這種吸收網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)三端網(wǎng)絡(luò),它可以用作上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò)或者箝位型吸收網(wǎng)絡(luò).圖3b說明了該吸收網(wǎng)絡(luò)和一般變換器的連接關(guān)系.這個(gè)電路中,吸收網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò)工作.箝位式工作狀態(tài)的電路是相同的,只是元件值不同.這個(gè)電路通常與諧振能量恢復(fù)電流型吸收網(wǎng)絡(luò)一起使用.
圖2三端吸收網(wǎng)絡(luò)及與變換器的連接
圖3帶有中間電壓的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)
圖4電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)及其與變換器的連接
開關(guān)管斷開時(shí)吸收網(wǎng)絡(luò)開始工作,電容器被充電到V1-V2.在一個(gè)降壓或者反激變換器中,這個(gè)電壓是輸入和輸出電壓之差.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電容使L1上的電壓極性反相,L1和C1產(chǎn)生諧振,直到流過吸收網(wǎng)絡(luò)的電流為0或者二極管D1導(dǎo)通(D1導(dǎo)通后箝位電壓).圖3b中,電容器電壓將反相,但不會(huì)大于V2.當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí),主電感器上的電流將流入電容器,通過D1并返回到V2,以此通過開關(guān)管控制電壓上升沿.當(dāng)電壓足夠高時(shí),可以使開關(guān)管導(dǎo)通,這時(shí)主二極管和電容器將充電到最初狀態(tài)(V1-V2).
如果圖3b中的V1-V2小于V2,復(fù)位結(jié)束時(shí),吸收網(wǎng)絡(luò)電容器上的電壓達(dá)不到V2.這時(shí),開關(guān)管處于零壓狀態(tài),但不會(huì)關(guān)斷.開關(guān)管將在中間電壓處斷開,中間電壓取決于D1導(dǎo)通時(shí)那一點(diǎn)的電壓.
這個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過程與前面講的雙端無損吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過程相似.電容值C由公式I=C·dv/dt求得.式中I是開關(guān)管中的最大電流,dv/dt是開關(guān)的最大電壓變化率.電感值L取決于復(fù)位時(shí)間和電容的大小,L=4t2/Cπ2,t是電容器復(fù)位的時(shí)間,小于正常工作狀態(tài)下最小的脈沖寬度.
電感器中的峰值電流可以根據(jù)I2=CV2/L計(jì)算.
上式中的I是峰值電感電流,V是電容器的初始電壓并且等于圖3b中的(V1-V2).
5無損電流吸收網(wǎng)絡(luò)
電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本原理是能量存儲(chǔ)在一個(gè)電感器中,這個(gè)電感器控制著開關(guān)管中電流的上升沿.無損電流吸收網(wǎng)絡(luò)和對應(yīng)的有損電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本功能是一樣的,與開關(guān)管串聯(lián)的電感器控制電流的上升沿.無損電流吸收網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)周期中電感器中存儲(chǔ)的能量都轉(zhuǎn)移到輸入端或者輸出端,否則,這些能量將被損耗.
51反激復(fù)位電流吸收網(wǎng)絡(luò)
通過給電感器加一些繞組,可以把電感器中的能量轉(zhuǎn)移到任何地方并提供過壓保護(hù),這個(gè)保護(hù)是通過在開關(guān)管上設(shè)置導(dǎo)通率和恢復(fù)電壓實(shí)現(xiàn)的.圖4a所示為基本的吸收網(wǎng)絡(luò).圖4b和圖4c表示出把吸收網(wǎng)絡(luò)和一般變換器連接的兩種方法.具體的方法取決于電路是降壓變換器、反激變換器(圖4b)或者升壓變換器(圖4c).盡管其它連接方式可以把能量反饋到輸入端,通常情況下還是把能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載中.
這種吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)非常簡單.初級電感量和損耗網(wǎng)絡(luò)中的電感量相同.復(fù)位過程中,開關(guān)管兩端的電壓取決于開關(guān)管的導(dǎo)通率及電源或負(fù)載的電壓.
這類吸收網(wǎng)絡(luò)的主要問題是初次級電感器之間的漏感,它可能在開關(guān)管兩端引起一個(gè)大的電壓尖峰.該吸收網(wǎng)絡(luò)通常與上升和下降時(shí)間長的大功率變換器一起使用.也可以和上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò)中的變換器一起使用.初次級電感器之間通常要加簡單的RC吸收網(wǎng)絡(luò).
52諧振恢復(fù)電流型吸收網(wǎng)絡(luò)
圖5a所示電路由一般變換器和電流型吸收網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成.在這種吸收網(wǎng)絡(luò)中能量被轉(zhuǎn)換為變換器的電壓.在箝位狀態(tài)下,進(jìn)行吸收網(wǎng)絡(luò)中的能量恢復(fù).當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí)能量被恢復(fù),開關(guān)管兩端的電壓(輸入電壓或輸出電壓)被箝位在變換器中的最高電壓.很明顯,一個(gè)簡單二極管可以取代RLD網(wǎng)絡(luò),所以必須有充分使用RLD網(wǎng)絡(luò)的理由.RLD網(wǎng)絡(luò)的作用是使吸收網(wǎng)絡(luò)電感器中實(shí)際流過的電流盡快地減小到零.如果使用一個(gè)簡單的二極管,開關(guān)管將被箝位,但是吸收網(wǎng)絡(luò)的電感器兩端沒有電壓,所以二極管將繼續(xù)導(dǎo)通,直到開關(guān)管再次導(dǎo)通,這時(shí)二極管作為一個(gè)電流吸收部件將不起作用.
圖5諧振恢復(fù)電流型吸收網(wǎng)絡(luò)
圖5a中的吸收網(wǎng)絡(luò)為每一個(gè)周期中吸收電感器中電流復(fù)位為零提供電壓.開關(guān)管電壓在其關(guān)斷時(shí)箝位是這個(gè)電路的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn).吸收電容器應(yīng)該較小,因?yàn)槲针姼衅髂芰孔兓瘯r(shí)電容器電壓會(huì)有相應(yīng)的變化.電容器上的電壓的變化使得電感器電流復(fù)位到零.可以利用電感器與電容器之間的能量存儲(chǔ)關(guān)系計(jì)算電容的大小,即C=LI2/V2
式中,C是吸收網(wǎng)絡(luò)中的電容量,L是電感量,I是開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的電流,V是電容器上的電壓變化量.注意電容較小時(shí),電壓較大,電感器復(fù)位較快.
復(fù)位時(shí)間大約是一個(gè)諧振周期的四分之一,式中,t是復(fù)位時(shí)間,L是吸收網(wǎng)絡(luò)中的電感,C是電容.
用于使電容器放電的電感器可大可小.如果其值較小,諧振頻率比開關(guān)頻率小.為了抑制半個(gè)周期的諧振現(xiàn)象,串聯(lián)二極管是非常必要的.L和C諧振將使電容器放電,在放電周期的最后,電容器電壓將遠(yuǎn)低于正常值,如同在開始時(shí)高于正常值一樣.電感量大意味著諧振頻率高于開關(guān)頻率.因?yàn)殡姼衅鞒掷m(xù)導(dǎo)通,二極管可以去掉.電容器上的電壓波形是相似的,但放電波形將是一條直線.唯一問題是放電電感器和電容器的諧振頻率必須足夠高,這樣開關(guān)管上的瞬間峰值電壓將不會(huì)超過它的耐壓值.如果電容器和復(fù)位電感器的諧振頻率大于開關(guān)頻率,電容器上的電壓可以隨負(fù)載電流而變化.必須注意峰值電壓不能超過開關(guān)管的額定值.
例:圖5a所示電路,開關(guān)管電流是10A,串聯(lián)電感器的值是40μH,因?yàn)殚_關(guān)頻率為100kHz,所以電感器的恢復(fù)時(shí)間選為10μs,電容器選為0.01μF.電容器的電壓變化值將是63V.恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的電感器根據(jù)以上討論可大可小.
圖5b所示的吸收網(wǎng)絡(luò)試圖解決稍不同于圖5a的問題.開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)兩個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)都控制流過開關(guān)管中的電流,但圖5b所示的能量恢復(fù)電路可補(bǔ)償二極管的關(guān)斷損耗.吸收網(wǎng)絡(luò)中的電感器存儲(chǔ)著二極管的反向恢復(fù)電荷,它可以使二極管工作在過壓條件下.圖5b中的吸收網(wǎng)絡(luò)循環(huán)使用這個(gè)能量.
除工作在箝位狀態(tài)下以外,圖5b中的吸收網(wǎng)絡(luò)的能量恢復(fù)部分與圖3b的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)一樣.開關(guān)管斷開時(shí)吸收網(wǎng)絡(luò)開始工作,主二極管D0傳輸電感器L0電流.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電感器L1中的電流將斜線上升,流過D0的電流將沿斜線下降,最后將達(dá)到零而截止.D0兩端的電壓將不會(huì)改變,直到它完全截止.由于在短時(shí)間內(nèi)主電感器電流將不會(huì)做有效的變化,D0反向恢復(fù)電流隨著二極管的截止必須流入吸收網(wǎng)絡(luò)的電感器L1.一旦D0完全截止,因電感器L1中的電流大于主電感器L0中的電流,電感器L1將使二極管陽極電位為地電位.二極管關(guān)斷需要的能量存儲(chǔ)在吸收網(wǎng)絡(luò)的電感器中.圖5b的吸收網(wǎng)絡(luò)用于再利用存儲(chǔ)在電感器中剩余能量.在D0截止以后,電壓降至零,電容器C1通過二極管D1開始充電.電感器L1中的多余能量將轉(zhuǎn)移到電容器中.當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),主二極管D0將再次導(dǎo)通,吸收網(wǎng)絡(luò)放電電感器L2將給吸收網(wǎng)絡(luò)電容器反向充電.這樣就給下一個(gè)周期做準(zhǔn)備,因?yàn)槟芰炕謴?fù)網(wǎng)絡(luò)工作在箝位模式,電容相對較大,它兩端的電壓將較小. 例:和上個(gè)例子相同,如圖5b的電路.二極管反向恢復(fù)電流假定為05A的峰值,吸收電感器的值是40μH.能量將在10μs內(nèi)轉(zhuǎn)移到電容器中,所以電容值為001μF.二極管上的電壓將達(dá)到32V的峰值.恢復(fù)時(shí)間為2μs的復(fù)位電感器可以小些.注意復(fù)位時(shí)間為半個(gè)周期,所以公式為,復(fù)位電感器是40μH,但是它只承受05A的峰值電流.
6復(fù)位型無損電壓箝位變換器
因?yàn)樵撾娐繁仨氂幸粋€(gè)變壓器,所以必須特別說明.該電路是工作在箝位模式下的電壓吸收網(wǎng)絡(luò),特別適用于推挽變換器.圖6所示為正激變換器電路.
圖6 正激變換器電路
圖7 正激變換器
圖6中的變壓器繞組N1是初級電源繞組.繞組N2是復(fù)位繞組,它控制電容器上的電壓并且提供正激變換器需要的磁芯復(fù)位.兩個(gè)繞組匝數(shù)相等,這樣限制變換器最大的占空比為50%.開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電路開始工作,電容器通過復(fù)位繞組充電到VCC.當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),變壓器漏感和勵(lì)磁電感將使開關(guān)管電壓超過VCC.當(dāng)開關(guān)管兩端電壓達(dá)到二倍的VCC時(shí),二極管D1導(dǎo)通,變壓器漏感中的電流將被電容器和二極管箝位.復(fù)位繞組將通過二極管傳導(dǎo)勵(lì)磁電流,以致變壓器磁芯復(fù)位.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電容器仍然維持從漏感中獲得的能量,將將向復(fù)位繞組放電,電壓將再次達(dá)到VCC.為了抑制電容器與繞組之間的諧振現(xiàn)象,需要給變壓器的復(fù)位繞組串聯(lián)一個(gè)小電阻器.電容器必須足夠大,以很小的電壓變化吸收漏感中的能量.二極管要能夠承受峰值電流,它的額定電壓至少應(yīng)是VCC的二倍.
7吸收二極管
在電源變壓器中,一些二極管由開關(guān)管控制正向偏置,其它二極管反向偏置.正向偏置二極管常常受輸出電路中儲(chǔ)能元件的影響而自動(dòng)導(dǎo)通,而反向偏置二極管卻受儲(chǔ)能元件影響而自動(dòng)關(guān)斷.給二極管添加一個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò),可以確保不會(huì)給開關(guān)管增加負(fù)荷.例如,給正激變換器的輸出端增加一個(gè)簡單的RC吸收網(wǎng)絡(luò),將會(huì)在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)給開關(guān)管增加一個(gè)尖峰電流.然而為了抑制旁路二極管和變壓器漏感的反向電流產(chǎn)生振蕩,需要一個(gè)RC電路.
圖7所示電路是包括兩個(gè)簡單RC電路的正激變換器,變壓器漏感也被明確表示出來.輸出端有兩個(gè)必須控制的諧振因子.第一個(gè)諧振電路由變壓器漏感、與輸出電感器、電容器和寄生電容器并聯(lián)的二極管電容器組成.D1截止時(shí),二極管D1中的恢復(fù)電流使電路導(dǎo)通.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),這個(gè)現(xiàn)象發(fā)生,所以必須使C1的值最小.通常情況下寄生電感最大,輸出部分的諧振頻率最小.因?yàn)樵谶@一點(diǎn)電壓漂移最小,吸收了C1和R1之間的諧振會(huì)使損耗最小.
另一個(gè)諧振現(xiàn)象取決于變壓器漏感和D2的寄生電容.D2的陽極會(huì)因?yàn)榉聪蚧謴?fù)電流而振蕩.因?yàn)榧纳娙葺^小,這個(gè)諧振的頻率將大于其它諧振頻率.這樣就要求C2的值較小,使得R2消耗的功率最小.當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),這個(gè)電路開始工作.使用與D1串聯(lián)的電流吸收網(wǎng)絡(luò)可以控制二極管的截止.
8注意事項(xiàng)
吸收網(wǎng)絡(luò)(特別是箝位吸收網(wǎng)絡(luò))中使用的元件的特性是非常重要的.吸收網(wǎng)絡(luò)中的電流變化率非常大,很小的寄生現(xiàn)象幾乎可以使吸收網(wǎng)絡(luò)完全失效.如果去掉升壓變換器中的一個(gè)箝位吸收網(wǎng)絡(luò),而升壓變換器在功率板的地層有25mm長的引線就可以產(chǎn)生一個(gè)足夠大的寄生電感,這個(gè)電感可以產(chǎn)生50MHz的大幅度振蕩.
對印制板布線具有良好的經(jīng)驗(yàn)是非常重要的,而且設(shè)置地平面層是很必要的.為了抑制干擾,通過高頻電流的印制線必須遠(yuǎn)離印制線密集區(qū).
吸收網(wǎng)絡(luò)一般不選用大功率二極管.最好選擇小功率二極管,因此,只需較小的散熱器.但使用的二極管除承受低的平均電流外還必須承受大的峰值電流.特別是在無損吸收網(wǎng)絡(luò)中,二極管需要有較低的恢復(fù)電荷.
和電容器并聯(lián)的電感器必須最小化.吸收網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常時(shí),電感器的頻帶要盡可能寬.電感器本身參與并聯(lián)諧振,這個(gè)諧振是不能抑制的,必須通過改變繞組的結(jié)構(gòu)來減小繞組的寄生電容.采取層繞法的寄生電容最大,而分段繞和疊繞技術(shù)可以減小繞組的寄生電容.
和電感器串聯(lián)的電容器必須最小化.為了減小電路的寄生電感,電容器常常并聯(lián).大電容器的串聯(lián)電感器可以和與它并聯(lián)的小電容器產(chǎn)生諧振,諧振電路將有較高的品質(zhì)因素Q.這一點(diǎn)也特別適用于升壓變換器中的輸出電容器、降壓變換器中的輸入電容器以及反激變換器中所有的電容器.
RC阻尼網(wǎng)絡(luò)中使用的電阻器必須是低電感型的.無寄生電感的線繞電阻器通常有較大的自感,并將引起振蕩以及高頻處的過沖.可以給串聯(lián)型RC網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在一個(gè)線繞電阻器上來抑制線繞電阻器中的自感.
9結(jié)論
一個(gè)合適的吸收網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性,使它比沒有吸收網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)更有效、更穩(wěn)定.恰當(dāng)?shù)奈站W(wǎng)絡(luò)可使系統(tǒng)在運(yùn)行超時(shí)甚至超過允許溫度條件下正常運(yùn)行.所以掌握和使用好吸收網(wǎng)絡(luò)是很值得的.
1068906727.htm
無損吸收網(wǎng)絡(luò)在電源技術(shù)中的應(yīng)用
方良楊浩重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院電工理論與新技術(shù)系(重慶400044)
薛建平王學(xué)紀(jì)中國航天科技集團(tuán)771研究所(西安710075)
1前言
無損吸收網(wǎng)絡(luò)也稱為諧振吸收網(wǎng)絡(luò).它能夠把從輸入或輸出電路中吸收的能量進(jìn)行再利用,或者傳輸給下一個(gè)周期.無損吸收網(wǎng)絡(luò)包括電流和電壓吸收網(wǎng)絡(luò)、上升沿與箝位二合一型電壓吸收網(wǎng)絡(luò).無損吸收網(wǎng)絡(luò)和有損吸收網(wǎng)絡(luò)的基本原理一致,但是普通的無損吸收網(wǎng)絡(luò)沒有衰減(即損耗功能),而為了抑制三次諧波常常在無損吸收網(wǎng)絡(luò)中使用小電阻器.
2無損電壓吸收網(wǎng)絡(luò)
電壓吸收網(wǎng)絡(luò)通過把能量轉(zhuǎn)移到電容器中來控制電壓,而在有損吸收網(wǎng)絡(luò)中,這個(gè)能量從電容器中釋放出來并轉(zhuǎn)化為熱能.在無損吸收網(wǎng)絡(luò)中傳輸能量的方式,一種是反饋給電源,一種是傳輸給負(fù)載,或者使能量在吸收網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部循環(huán).本文僅介紹幾種無損電壓吸收網(wǎng)絡(luò)(諧振能量恢復(fù)電壓吸收網(wǎng)絡(luò))的基本類型.在一些應(yīng)用中,特別是與電流吸收網(wǎng)絡(luò)一起使用時(shí),無損電壓吸收網(wǎng)絡(luò)將變得非常復(fù)雜.
3雙端電壓吸收網(wǎng)絡(luò)
該網(wǎng)絡(luò)的基本電路之一是由三個(gè)二極管、兩個(gè)電容器、一個(gè)電感器(3D-2C-1L)組成的電路,如圖1a所示.該網(wǎng)絡(luò)與一般開關(guān)電路的連接如圖1b所示.這個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用到所有三相變換電路、降壓電路、升壓電路及降壓升壓電路中.這是一個(gè)上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò),它不能用于箝位電路.通常情況下,兩個(gè)電容器的大小相同,兩個(gè)電容器和電感器的諧振頻率高于開關(guān)頻率.
為了理解吸收網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài),假設(shè)圖1b中的開關(guān)管斷開,電感器電流流過主二極管,兩個(gè)電容器放電.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),吸收網(wǎng)絡(luò)必須復(fù)位.由于開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),二極管D1和D2將關(guān)斷,吸收網(wǎng)絡(luò)電感器L1兩端施加電壓VCC.電流流過與電容器諧振的電感器,直到電流為零,此時(shí)與電感器串聯(lián)的二極管關(guān)斷,因此兩個(gè)電容器上的電壓被充到VCC,吸收網(wǎng)絡(luò)為開關(guān)管斷開做準(zhǔn)備.當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí),所有流過主電感器的電流將流入兩個(gè)電容器.與電容器串聯(lián)的兩個(gè)二極管導(dǎo)通,使兩個(gè)電容器并聯(lián).兩個(gè)電容器控制開關(guān)管的電壓轉(zhuǎn)換速率.因電容器吸收了所有的電感器電流,開關(guān)管的關(guān)斷損耗非常小.當(dāng)電容器放電結(jié)束時(shí),主二極管箝位吸收網(wǎng)絡(luò)的電壓,為下一個(gè)周期開始做準(zhǔn)備.
圖1雙端電壓吸收網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和與開關(guān)電路的連接
進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),首先要知道開關(guān)管峰值電流的大小、VCC的最大值以及要求的開關(guān)管電壓上升時(shí)間.兩個(gè)并聯(lián)電容器的大小可以根據(jù)下式計(jì)算出. 2C=I·tr/VCC,式中C是其中一個(gè)電容器的值(C1與C2的大小相同),I是開關(guān)管的峰值電流,tr是要求的最大上升時(shí)間,VCC是最大的電源電壓.
電容器的充電時(shí)間是兩個(gè)電容器與一個(gè)電感器串聯(lián)的一個(gè)完整諧振周期的一半.這個(gè)時(shí)間周期必須小于預(yù)期的開關(guān)管導(dǎo)通的最小時(shí)間.否則,吸收網(wǎng)絡(luò)將不能完全復(fù)位,而且將增大開關(guān)管損耗.一旦知道了復(fù)位時(shí)間,電感量可根據(jù)下式計(jì)算:其中,L是吸收網(wǎng)絡(luò)的電感量,t是復(fù)位時(shí)間. 我們必須知道吸收網(wǎng)絡(luò)電感器中的峰值電流,這樣可以得到串聯(lián)電感器和二極管的大小,以便控制電流.根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)的電感器和電容器中存儲(chǔ)能量相等得到峰值電流,公式為:.
其中,I是電感器中的峰值電流.一個(gè)重要因素是半正弦電流脈沖,當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),它必須流經(jīng)開關(guān)管使吸收網(wǎng)絡(luò)復(fù)位.開關(guān)管必須可以根據(jù)負(fù)載電流調(diào)整這個(gè)電流.
實(shí)際應(yīng)用時(shí),可使一個(gè)電容器比另一個(gè)大10%~20%,以確保兩個(gè)電容器中至少有一個(gè)可以完全充電到VCC.這樣開關(guān)管的功率損耗和應(yīng)力會(huì)達(dá)到最小.
例如:一個(gè)開關(guān)管的電流是1.0A,電壓是400V,上升時(shí)間為400ns.每個(gè)電容器的值均為500pF,恢復(fù)時(shí)間是10μs,得到電感量為400μH,電感器中的峰值電流是316mA.注意,此時(shí)帶有一個(gè)小電容器的二極管的恢復(fù)電荷變得非常重要.這個(gè)二極管的速度必須非???并且有一個(gè)非常低的恢復(fù)電荷.流過二極管的平均電流很小,所以它們的功率不必太大.如果恢復(fù)電荷過大,電容器中儲(chǔ)存的能量將不能保證網(wǎng)絡(luò)在下一個(gè)周期復(fù)位.
4三端吸收網(wǎng)絡(luò)
該網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)二極管、兩個(gè)電容器、一個(gè)電感器.它的工作狀態(tài)與雙端電路相似,三端吸收網(wǎng)絡(luò)如圖2a、圖2b所示.圖2c的電路表明了吸收網(wǎng)絡(luò)與一般變換器的連接關(guān)系.這個(gè)吸級網(wǎng)絡(luò)屬于上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò),可以和降壓電路、升壓電路或者反激電路一起使用.參考圖2c,開關(guān)管斷開時(shí)電路開始工作,電容器C1放電,C2充電到VCC.主電感器L0中的電流流過主二極管D0.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),二極管D1、D2關(guān)斷.VCC施加到吸收網(wǎng)絡(luò)電感器L1的兩端.電流從C2通過L1和D3給C1充電.當(dāng)C2放電結(jié)束時(shí),C1充電到VCC,電感器L1中的電流為0.和電感器L1串聯(lián)的二極管D3截止.開關(guān)管關(guān)斷一段時(shí)間后,流過L0的電流流入吸收網(wǎng)絡(luò),通過D2給C2充電,C1通過D1放電,這樣來控制開關(guān)管電壓的上升沿.即使一個(gè)電容器正在充電,另一個(gè)電容器正在放電,兩個(gè)并聯(lián)的電容器也可以有效的工作.三端吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與前述的雙端吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)基本上是一致的.
41帶有中間電壓的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)
圖3a所示的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)要求一個(gè)中間電壓,這使得該網(wǎng)絡(luò)對于正激和反激變換器非常有用.這種吸收網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)三端網(wǎng)絡(luò),它可以用作上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò)或者箝位型吸收網(wǎng)絡(luò).圖3b說明了該吸收網(wǎng)絡(luò)和一般變換器的連接關(guān)系.這個(gè)電路中,吸收網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò)工作.箝位式工作狀態(tài)的電路是相同的,只是元件值不同.這個(gè)電路通常與諧振能量恢復(fù)電流型吸收網(wǎng)絡(luò)一起使用.
圖2三端吸收網(wǎng)絡(luò)及與變換器的連接
圖3帶有中間電壓的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)
圖4電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)及其與變換器的連接
開關(guān)管斷開時(shí)吸收網(wǎng)絡(luò)開始工作,電容器被充電到V1-V2.在一個(gè)降壓或者反激變換器中,這個(gè)電壓是輸入和輸出電壓之差.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電容使L1上的電壓極性反相,L1和C1產(chǎn)生諧振,直到流過吸收網(wǎng)絡(luò)的電流為0或者二極管D1導(dǎo)通(D1導(dǎo)通后箝位電壓).圖3b中,電容器電壓將反相,但不會(huì)大于V2.當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí),主電感器上的電流將流入電容器,通過D1并返回到V2,以此通過開關(guān)管控制電壓上升沿.當(dāng)電壓足夠高時(shí),可以使開關(guān)管導(dǎo)通,這時(shí)主二極管和電容器將充電到最初狀態(tài)(V1-V2).
如果圖3b中的V1-V2小于V2,復(fù)位結(jié)束時(shí),吸收網(wǎng)絡(luò)電容器上的電壓達(dá)不到V2.這時(shí),開關(guān)管處于零壓狀態(tài),但不會(huì)關(guān)斷.開關(guān)管將在中間電壓處斷開,中間電壓取決于D1導(dǎo)通時(shí)那一點(diǎn)的電壓.
這個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過程與前面講的雙端無損吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過程相似.電容值C由公式I=C·dv/dt求得.式中I是開關(guān)管中的最大電流,dv/dt是開關(guān)的最大電壓變化率.電感值L取決于復(fù)位時(shí)間和電容的大小,L=4t2/Cπ2,t是電容器復(fù)位的時(shí)間,小于正常工作狀態(tài)下最小的脈沖寬度.
電感器中的峰值電流可以根據(jù)I2=CV2/L計(jì)算.
上式中的I是峰值電感電流,V是電容器的初始電壓并且等于圖3b中的(V1-V2).
5無損電流吸收網(wǎng)絡(luò)
電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本原理是能量存儲(chǔ)在一個(gè)電感器中,這個(gè)電感器控制著開關(guān)管中電流的上升沿.無損電流吸收網(wǎng)絡(luò)和對應(yīng)的有損電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本功能是一樣的,與開關(guān)管串聯(lián)的電感器控制電流的上升沿.無損電流吸收網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)周期中電感器中存儲(chǔ)的能量都轉(zhuǎn)移到輸入端或者輸出端,否則,這些能量將被損耗.
51反激復(fù)位電流吸收網(wǎng)絡(luò)
通過給電感器加一些繞組,可以把電感器中的能量轉(zhuǎn)移到任何地方并提供過壓保護(hù),這個(gè)保護(hù)是通過在開關(guān)管上設(shè)置導(dǎo)通率和恢復(fù)電壓實(shí)現(xiàn)的.圖4a所示為基本的吸收網(wǎng)絡(luò).圖4b和圖4c表示出把吸收網(wǎng)絡(luò)和一般變換器連接的兩種方法.具體的方法取決于電路是降壓變換器、反激變換器(圖4b)或者升壓變換器(圖4c).盡管其它連接方式可以把能量反饋到輸入端,通常情況下還是把能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載中.
這種吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)非常簡單.初級電感量和損耗網(wǎng)絡(luò)中的電感量相同.復(fù)位過程中,開關(guān)管兩端的電壓取決于開關(guān)管的導(dǎo)通率及電源或負(fù)載的電壓.
這類吸收網(wǎng)絡(luò)的主要問題是初次級電感器之間的漏感,它可能在開關(guān)管兩端引起一個(gè)大的電壓尖峰.該吸收網(wǎng)絡(luò)通常與上升和下降時(shí)間長的大功率變換器一起使用.也可以和上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò)中的變換器一起使用.初次級電感器之間通常要加簡單的RC吸收網(wǎng)絡(luò).
52諧振恢復(fù)電流型吸收網(wǎng)絡(luò)
圖5a所示電路由一般變換器和電流型吸收網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成.在這種吸收網(wǎng)絡(luò)中能量被轉(zhuǎn)換為變換器的電壓.在箝位狀態(tài)下,進(jìn)行吸收網(wǎng)絡(luò)中的能量恢復(fù).當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí)能量被恢復(fù),開關(guān)管兩端的電壓(輸入電壓或輸出電壓)被箝位在變換器中的最高電壓.很明顯,一個(gè)簡單二極管可以取代RLD網(wǎng)絡(luò),所以必須有充分使用RLD網(wǎng)絡(luò)的理由.RLD網(wǎng)絡(luò)的作用是使吸收網(wǎng)絡(luò)電感器中實(shí)際流過的電流盡快地減小到零.如果使用一個(gè)簡單的二極管,開關(guān)管將被箝位,但是吸收網(wǎng)絡(luò)的電感器兩端沒有電壓,所以二極管將繼續(xù)導(dǎo)通,直到開關(guān)管再次導(dǎo)通,這時(shí)二極管作為一個(gè)電流吸收部件將不起作用.
圖5諧振恢復(fù)電流型吸收網(wǎng)絡(luò)
圖5a中的吸收網(wǎng)絡(luò)為每一個(gè)周期中吸收電感器中電流復(fù)位為零提供電壓.開關(guān)管電壓在其關(guān)斷時(shí)箝位是這個(gè)電路的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn).吸收電容器應(yīng)該較小,因?yàn)槲针姼衅髂芰孔兓瘯r(shí)電容器電壓會(huì)有相應(yīng)的變化.電容器上的電壓的變化使得電感器電流復(fù)位到零.可以利用電感器與電容器之間的能量存儲(chǔ)關(guān)系計(jì)算電容的大小,即C=LI2/V2
式中,C是吸收網(wǎng)絡(luò)中的電容量,L是電感量,I是開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的電流,V是電容器上的電壓變化量.注意電容較小時(shí),電壓較大,電感器復(fù)位較快.
復(fù)位時(shí)間大約是一個(gè)諧振周期的四分之一,式中,t是復(fù)位時(shí)間,L是吸收網(wǎng)絡(luò)中的電感,C是電容.
用于使電容器放電的電感器可大可小.如果其值較小,諧振頻率比開關(guān)頻率小.為了抑制半個(gè)周期的諧振現(xiàn)象,串聯(lián)二極管是非常必要的.L和C諧振將使電容器放電,在放電周期的最后,電容器電壓將遠(yuǎn)低于正常值,如同在開始時(shí)高于正常值一樣.電感量大意味著諧振頻率高于開關(guān)頻率.因?yàn)殡姼衅鞒掷m(xù)導(dǎo)通,二極管可以去掉.電容器上的電壓波形是相似的,但放電波形將是一條直線.唯一問題是放電電感器和電容器的諧振頻率必須足夠高,這樣開關(guān)管上的瞬間峰值電壓將不會(huì)超過它的耐壓值.如果電容器和復(fù)位電感器的諧振頻率大于開關(guān)頻率,電容器上的電壓可以隨負(fù)載電流而變化.必須注意峰值電壓不能超過開關(guān)管的額定值.
例:圖5a所示電路,開關(guān)管電流是10A,串聯(lián)電感器的值是40μH,因?yàn)殚_關(guān)頻率為100kHz,所以電感器的恢復(fù)時(shí)間選為10μs,電容器選為0.01μF.電容器的電壓變化值將是63V.恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的電感器根據(jù)以上討論可大可小.
圖5b所示的吸收網(wǎng)絡(luò)試圖解決稍不同于圖5a的問題.開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)兩個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)都控制流過開關(guān)管中的電流,但圖5b所示的能量恢復(fù)電路可補(bǔ)償二極管的關(guān)斷損耗.吸收網(wǎng)絡(luò)中的電感器存儲(chǔ)著二極管的反向恢復(fù)電荷,它可以使二極管工作在過壓條件下.圖5b中的吸收網(wǎng)絡(luò)循環(huán)使用這個(gè)能量.
除工作在箝位狀態(tài)下以外,圖5b中的吸收網(wǎng)絡(luò)的能量恢復(fù)部分與圖3b的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)一樣.開關(guān)管斷開時(shí)吸收網(wǎng)絡(luò)開始工作,主二極管D0傳輸電感器L0電流.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電感器L1中的電流將斜線上升,流過D0的電流將沿斜線下降,最后將達(dá)到零而截止.D0兩端的電壓將不會(huì)改變,直到它完全截止.由于在短時(shí)間內(nèi)主電感器電流將不會(huì)做有效的變化,D0反向恢復(fù)電流隨著二極管的截止必須流入吸收網(wǎng)絡(luò)的電感器L1.一旦D0完全截止,因電感器L1中的電流大于主電感器L0中的電流,電感器L1將使二極管陽極電位為地電位.二極管關(guān)斷需要的能量存儲(chǔ)在吸收網(wǎng)絡(luò)的電感器中.圖5b的吸收網(wǎng)絡(luò)用于再利用存儲(chǔ)在電感器中剩余能量.在D0截止以后,電壓降至零,電容器C1通過二極管D1開始充電.電感器L1中的多余能量將轉(zhuǎn)移到電容器中.當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),主二極管D0將再次導(dǎo)通,吸收網(wǎng)絡(luò)放電電感器L2將給吸收網(wǎng)絡(luò)電容器反向充電.這樣就給下一個(gè)周期做準(zhǔn)備,因?yàn)槟芰炕謴?fù)網(wǎng)絡(luò)工作在箝位模式,電容相對較大,它兩端的電壓將較小. 例:和上個(gè)例子相同,如圖5b的電路.二極管反向恢復(fù)電流假定為05A的峰值,吸收電感器的值是40μH.能量將在10μs內(nèi)轉(zhuǎn)移到電容器中,所以電容值為001μF.二極管上的電壓將達(dá)到32V的峰值.恢復(fù)時(shí)間為2μs的復(fù)位電感器可以小些.注意復(fù)位時(shí)間為半個(gè)周期,所以公式為,復(fù)位電感器是40μH,但是它只承受05A的峰值電流.
6復(fù)位型無損電壓箝位變換器
因?yàn)樵撾娐繁仨氂幸粋€(gè)變壓器,所以必須特別說明.該電路是工作在箝位模式下的電壓吸收網(wǎng)絡(luò),特別適用于推挽變換器.圖6所示為正激變換器電路.
圖6 正激變換器電路
圖7 正激變換器
圖6中的變壓器繞組N1是初級電源繞組.繞組N2是復(fù)位繞組,它控制電容器上的電壓并且提供正激變換器需要的磁芯復(fù)位.兩個(gè)繞組匝數(shù)相等,這樣限制變換器最大的占空比為50%.開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電路開始工作,電容器通過復(fù)位繞組充電到VCC.當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),變壓器漏感和勵(lì)磁電感將使開關(guān)管電壓超過VCC.當(dāng)開關(guān)管兩端電壓達(dá)到二倍的VCC時(shí),二極管D1導(dǎo)通,變壓器漏感中的電流將被電容器和二極管箝位.復(fù)位繞組將通過二極管傳導(dǎo)勵(lì)磁電流,以致變壓器磁芯復(fù)位.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電容器仍然維持從漏感中獲得的能量,將將向復(fù)位繞組放電,電壓將再次達(dá)到VCC.為了抑制電容器與繞組之間的諧振現(xiàn)象,需要給變壓器的復(fù)位繞組串聯(lián)一個(gè)小電阻器.電容器必須足夠大,以很小的電壓變化吸收漏感中的能量.二極管要能夠承受峰值電流,它的額定電壓至少應(yīng)是VCC的二倍.
7吸收二極管
在電源變壓器中,一些二極管由開關(guān)管控制正向偏置,其它二極管反向偏置.正向偏置二極管常常受輸出電路中儲(chǔ)能元件的影響而自動(dòng)導(dǎo)通,而反向偏置二極管卻受儲(chǔ)能元件影響而自動(dòng)關(guān)斷.給二極管添加一個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò),可以確保不會(huì)給開關(guān)管增加負(fù)荷.例如,給正激變換器的輸出端增加一個(gè)簡單的RC吸收網(wǎng)絡(luò),將會(huì)在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)給開關(guān)管增加一個(gè)尖峰電流.然而為了抑制旁路二極管和變壓器漏感的反向電流產(chǎn)生振蕩,需要一個(gè)RC電路.
圖7所示電路是包括兩個(gè)簡單RC電路的正激變換器,變壓器漏感也被明確表示出來.輸出端有兩個(gè)必須控制的諧振因子.第一個(gè)諧振電路由變壓器漏感、與輸出電感器、電容器和寄生電容器并聯(lián)的二極管電容器組成.D1截止時(shí),二極管D1中的恢復(fù)電流使電路導(dǎo)通.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),這個(gè)現(xiàn)象發(fā)生,所以必須使C1的值最小.通常情況下寄生電感最大,輸出部分的諧振頻率最小.因?yàn)樵谶@一點(diǎn)電壓漂移最小,吸收了C1和R1之間的諧振會(huì)使損耗最小.
另一個(gè)諧振現(xiàn)象取決于變壓器漏感和D2的寄生電容.D2的陽極會(huì)因?yàn)榉聪蚧謴?fù)電流而振蕩.因?yàn)榧纳娙葺^小,這個(gè)諧振的頻率將大于其它諧振頻率.這樣就要求C2的值較小,使得R2消耗的功率最小.當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),這個(gè)電路開始工作.使用與D1串聯(lián)的電流吸收網(wǎng)絡(luò)可以控制二極管的截止.
8注意事項(xiàng)
吸收網(wǎng)絡(luò)(特別是箝位吸收網(wǎng)絡(luò))中使用的元件的特性是非常重要的.吸收網(wǎng)絡(luò)中的電流變化率非常大,很小的寄生現(xiàn)象幾乎可以使吸收網(wǎng)絡(luò)完全失效.如果去掉升壓變換器中的一個(gè)箝位吸收網(wǎng)絡(luò),而升壓變換器在功率板的地層有25mm長的引線就可以產(chǎn)生一個(gè)足夠大的寄生電感,這個(gè)電感可以產(chǎn)生50MHz的大幅度振蕩.
對印制板布線具有良好的經(jīng)驗(yàn)是非常重要的,而且設(shè)置地平面層是很必要的.為了抑制干擾,通過高頻電流的印制線必須遠(yuǎn)離印制線密集區(qū).
吸收網(wǎng)絡(luò)一般不選用大功率二極管.最好選擇小功率二極管,因此,只需較小的散熱器.但使用的二極管除承受低的平均電流外還必須承受大的峰值電流.特別是在無損吸收網(wǎng)絡(luò)中,二極管需要有較低的恢復(fù)電荷.
和電容器并聯(lián)的電感器必須最小化.吸收網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常時(shí),電感器的頻帶要盡可能寬.電感器本身參與并聯(lián)諧振,這個(gè)諧振是不能抑制的,必須通過改變繞組的結(jié)構(gòu)來減小繞組的寄生電容.采取層繞法的寄生電容最大,而分段繞和疊繞技術(shù)可以減小繞組的寄生電容.
和電感器串聯(lián)的電容器必須最小化.為了減小電路的寄生電感,電容器常常并聯(lián).大電容器的串聯(lián)電感器可以和與它并聯(lián)的小電容器產(chǎn)生諧振,諧振電路將有較高的品質(zhì)因素Q.這一點(diǎn)也特別適用于升壓變換器中的輸出電容器、降壓變換器中的輸入電容器以及反激變換器中所有的電容器.
RC阻尼網(wǎng)絡(luò)中使用的電阻器必須是低電感型的.無寄生電感的線繞電阻器通常有較大的自感,并將引起振蕩以及高頻處的過沖.可以給串聯(lián)型RC網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在一個(gè)線繞電阻器上來抑制線繞電阻器中的自感.
9結(jié)論
一個(gè)合適的吸收網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性,使它比沒有吸收網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)更有效、更穩(wěn)定.恰當(dāng)?shù)奈站W(wǎng)絡(luò)可使系統(tǒng)在運(yùn)行超時(shí)甚至超過允許溫度條件下正常運(yùn)行.所以掌握和使用好吸收網(wǎng)絡(luò)是很值得的.
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轉(zhuǎn)一貼無損吸收網(wǎng)絡(luò)在電源技術(shù)中的應(yīng)用!--ZT應(yīng)用資料無損吸收網(wǎng)絡(luò)在電源技術(shù)中的應(yīng)用方良楊浩重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院電工理論與新技術(shù)系(重慶400044)薛建平王學(xué)紀(jì)中國航天科技集團(tuán)771研究所(西安710075)1前言 無損吸收網(wǎng)絡(luò)也稱為諧振吸收網(wǎng)絡(luò).它能夠把從輸入或輸出電路中吸收的能量進(jìn)行再利用,或者傳輸給下一個(gè)周期.無損吸收網(wǎng)絡(luò)包括電流和電壓吸收網(wǎng)絡(luò)、上升沿與箝位二合一型電壓吸收網(wǎng)絡(luò).無損吸收網(wǎng)絡(luò)和有損吸收網(wǎng)絡(luò)的基本原理一致,但是普通的無損吸收網(wǎng)絡(luò)沒有衰減(即損耗功能),而為了抑制三次諧波常常在無損吸收網(wǎng)絡(luò)中使用小電阻器.2無損電壓吸收網(wǎng)絡(luò) 電壓吸收網(wǎng)絡(luò)通過把能量轉(zhuǎn)移到電容器中來控制電壓,而在有損吸收網(wǎng)絡(luò)中,這個(gè)能量從電容器中釋放出來并轉(zhuǎn)化為熱能.在無損吸收網(wǎng)絡(luò)中傳輸能量的方式,一種是反饋給電源,一種是傳輸給負(fù)載,或者使能量在吸收網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部循環(huán).本文僅介紹幾種無損電壓吸收網(wǎng)絡(luò)(諧振能量恢復(fù)電壓吸收網(wǎng)絡(luò))的基本類型.在一些應(yīng)用中,特別是與電流吸收網(wǎng)絡(luò)一起使用時(shí),無損電壓吸收網(wǎng)絡(luò)將變得非常復(fù)雜.3雙端電壓吸收網(wǎng)絡(luò) 該網(wǎng)絡(luò)的基本電路之一是由三個(gè)二極管、兩個(gè)電容器、一個(gè)電感器(3D-2C-1L)組成的電路,如圖1a所示.該網(wǎng)絡(luò)與一般開關(guān)電路的連接如圖1b所示.這個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用到所有三相變換電路、降壓電路、升壓電路及降壓升壓電路中.這是一個(gè)上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò),它不能用于箝位電路.通常情況下,兩個(gè)電容器的大小相同,兩個(gè)電容器和電感器的諧振頻率高于開關(guān)頻率. 為了理解吸收網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài),假設(shè)圖1b中的開關(guān)管斷開,電感器電流流過主二極管,兩個(gè)電容器放電.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),吸收網(wǎng)絡(luò)必須復(fù)位.由于開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),二極管D1和D2將關(guān)斷,吸收網(wǎng)絡(luò)電感器L1兩端施加電壓VCC.電流流過與電容器諧振的電感器,直到電流為零,此時(shí)與電感器串聯(lián)的二極管關(guān)斷,因此兩個(gè)電容器上的電壓被充到VCC,吸收網(wǎng)絡(luò)為開關(guān)管斷開做準(zhǔn)備.當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí),所有流過主電感器的電流將流入兩個(gè)電容器.與電容器串聯(lián)的兩個(gè)二極管導(dǎo)通,使兩個(gè)電容器并聯(lián).兩個(gè)電容器控制開關(guān)管的電壓轉(zhuǎn)換速率.因電容器吸收了所有的電感器電流,開關(guān)管的關(guān)斷損耗非常小.當(dāng)電容器放電結(jié)束時(shí),主二極管箝位吸收網(wǎng)絡(luò)的電壓,為下一個(gè)周期開始做準(zhǔn)備.圖1雙端電壓吸收網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和與開關(guān)電路的連接 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),首先要知道開關(guān)管峰值電流的大小、VCC的最大值以及要求的開關(guān)管電壓上升時(shí)間.兩個(gè)并聯(lián)電容器的大小可以根據(jù)下式計(jì)算出. 2C=I·tr/VCC,式中C是其中一個(gè)電容器的值(C1與C2的大小相同),I是開關(guān)管的峰值電流,tr是要求的最大上升時(shí)間,VCC是最大的電源電壓. 電容器的充電時(shí)間是兩個(gè)電容器與一個(gè)電感器串聯(lián)的一個(gè)完整諧振周期的一半.這個(gè)時(shí)間周期必須小于預(yù)期的開關(guān)管導(dǎo)通的最小時(shí)間.否則,吸收網(wǎng)絡(luò)將不能完全復(fù)位,而且將增大開關(guān)管損耗.一旦知道了復(fù)位時(shí)間,電感量可根據(jù)下式計(jì)算:其中,L是吸收網(wǎng)絡(luò)的電感量,t是復(fù)位時(shí)間. 我們必須知道吸收網(wǎng)絡(luò)電感器中的峰值電流,這樣可以得到串聯(lián)電感器和二極管的大小,以便控制電流.根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)的電感器和電容器中存儲(chǔ)能量相等得到峰值電流,公式為:. 其中,I是電感器中的峰值電流.一個(gè)重要因素是半正弦電流脈沖,當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),它必須流經(jīng)開關(guān)管使吸收網(wǎng)絡(luò)復(fù)位.開關(guān)管必須可以根據(jù)負(fù)載電流調(diào)整這個(gè)電流. 實(shí)際應(yīng)用時(shí),可使一個(gè)電容器比另一個(gè)大10%~20%,以確保兩個(gè)電容器中至少有一個(gè)可以完全充電到VCC.這樣開關(guān)管的功率損耗和應(yīng)力會(huì)達(dá)到最小. 例如:一個(gè)開關(guān)管的電流是1.0A,電壓是400V,上升時(shí)間為400ns.每個(gè)電容器的值均為500pF,恢復(fù)時(shí)間是10μs,得到電感量為400μH,電感器中的峰值電流是316mA.注意,此時(shí)帶有一個(gè)小電容器的二極管的恢復(fù)電荷變得非常重要.這個(gè)二極管的速度必須非常快,并且有一個(gè)非常低的恢復(fù)電荷.流過二極管的平均電流很小,所以它們的功率不必太大.如果恢復(fù)電荷過大,電容器中儲(chǔ)存的能量將不能保證網(wǎng)絡(luò)在下一個(gè)周期復(fù)位.4三端吸收網(wǎng)絡(luò) 該網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)二極管、兩個(gè)電容器、一個(gè)電感器.它的工作狀態(tài)與雙端電路相似,三端吸收網(wǎng)絡(luò)如圖2a、圖2b所示.圖2c的電路表明了吸收網(wǎng)絡(luò)與一般變換器的連接關(guān)系.這個(gè)吸級網(wǎng)絡(luò)屬于上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò),可以和降壓電路、升壓電路或者反激電路一起使用.參考圖2c,開關(guān)管斷開時(shí)電路開始工作,電容器C1放電,C2充電到VCC.主電感器L0中的電流流過主二極管D0.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),二極管D1、D2關(guān)斷.VCC施加到吸收網(wǎng)絡(luò)電感器L1的兩端.電流從C2通過L1和D3給C1充電.當(dāng)C2放電結(jié)束時(shí),C1充電到VCC,電感器L1中的電流為0.和電感器L1串聯(lián)的二極管D3截止.開關(guān)管關(guān)斷一段時(shí)間后,流過L0的電流流入吸收網(wǎng)絡(luò),通過D2給C2充電,C1通過D1放電,這樣來控制開關(guān)管電壓的上升沿.即使一個(gè)電容器正在充電,另一個(gè)電容器正在放電,兩個(gè)并聯(lián)的電容器也可以有效的工作.三端吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與前述的雙端吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)基本上是一致的.41帶有中間電壓的電壓吸收網(wǎng)絡(luò) 圖3a所示的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)要求一個(gè)中間電壓,這使得該網(wǎng)絡(luò)對于正激和反激變換器非常有用.這種吸收網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)三端網(wǎng)絡(luò),它可以用作上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò)或者箝位型吸收網(wǎng)絡(luò).圖3b說明了該吸收網(wǎng)絡(luò)和一般變換器的連接關(guān)系.這個(gè)電路中,吸收網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò)工作.箝位式工作狀態(tài)的電路是相同的,只是元件值不同.這個(gè)電路通常與諧振能量恢復(fù)電流型吸收網(wǎng)絡(luò)一起使用.圖2三端吸收網(wǎng)絡(luò)及與變換器的連接圖3帶有中間電壓的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)圖4電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)及其與變換器的連接 開關(guān)管斷開時(shí)吸收網(wǎng)絡(luò)開始工作,電容器被充電到V1-V2.在一個(gè)降壓或者反激變換器中,這個(gè)電壓是輸入和輸出電壓之差.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電容使L1上的電壓極性反相,L1和C1產(chǎn)生諧振,直到流過吸收網(wǎng)絡(luò)的電流為0或者二極管D1導(dǎo)通(D1導(dǎo)通后箝位電壓).圖3b中,電容器電壓將反相,但不會(huì)大于V2.當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí),主電感器上的電流將流入電容器,通過D1并返回到V2,以此通過開關(guān)管控制電壓上升沿.當(dāng)電壓足夠高時(shí),可以使開關(guān)管導(dǎo)通,這時(shí)主二極管和電容器將充電到最初狀態(tài)(V1-V2). 如果圖3b中的V1-V2小于V2,復(fù)位結(jié)束時(shí),吸收網(wǎng)絡(luò)電容器上的電壓達(dá)不到V2.這時(shí),開關(guān)管處于零壓狀態(tài),但不會(huì)關(guān)斷.開關(guān)管將在中間電壓處斷開,中間電壓取決于D1導(dǎo)通時(shí)那一點(diǎn)的電壓. 這個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過程與前面講的雙端無損吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過程相似.電容值C由公式I=C·dv/dt求得.式中I是開關(guān)管中的最大電流,dv/dt是開關(guān)的最大電壓變化率.電感值L取決于復(fù)位時(shí)間和電容的大小,L=4t2/Cπ2,t是電容器復(fù)位的時(shí)間,小于正常工作狀態(tài)下最小的脈沖寬度. 電感器中的峰值電流可以根據(jù)I2=CV2/L計(jì)算. 上式中的I是峰值電感電流,V是電容器的初始電壓并且等于圖3b中的(V1-V2).5無損電流吸收網(wǎng)絡(luò) 電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本原理是能量存儲(chǔ)在一個(gè)電感器中,這個(gè)電感器控制著開關(guān)管中電流的上升沿.無損電流吸收網(wǎng)絡(luò)和對應(yīng)的有損電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本功能是一樣的,與開關(guān)管串聯(lián)的電感器控制電流的上升沿.無損電流吸收網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)周期中電感器中存儲(chǔ)的能量都轉(zhuǎn)移到輸入端或者輸出端,否則,這些能量將被損耗.51反激復(fù)位電流吸收網(wǎng)絡(luò) 通過給電感器加一些繞組,可以把電感器中的能量轉(zhuǎn)移到任何地方并提供過壓保護(hù),這個(gè)保護(hù)是通過在開關(guān)管上設(shè)置導(dǎo)通率和恢復(fù)電壓實(shí)現(xiàn)的.圖4a所示為基本的吸收網(wǎng)絡(luò).圖4b和圖4c表示出把吸收網(wǎng)絡(luò)和一般變換器連接的兩種方法.具體的方法取決于電路是降壓變換器、反激變換器(圖4b)或者升壓變換器(圖4c).盡管其它連接方式可以把能量反饋到輸入端,通常情況下還是把能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載中. 這種吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)非常簡單.初級電感量和損耗網(wǎng)絡(luò)中的電感量相同.復(fù)位過程中,開關(guān)管兩端的電壓取決于開關(guān)管的導(dǎo)通率及電源或負(fù)載的電壓. 這類吸收網(wǎng)絡(luò)的主要問題是初次級電感器之間的漏感,它可能在開關(guān)管兩端引起一個(gè)大的電壓尖峰.該吸收網(wǎng)絡(luò)通常與上升和下降時(shí)間長的大功率變換器一起使用.也可以和上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò)中的變換器一起使用.初次級電感器之間通常要加簡單的RC吸收網(wǎng)絡(luò).52諧振恢復(fù)電流型吸收網(wǎng)絡(luò) 圖5a所示電路由一般變換器和電流型吸收網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成.在這種吸收網(wǎng)絡(luò)中能量被轉(zhuǎn)換為變換器的電壓.在箝位狀態(tài)下,進(jìn)行吸收網(wǎng)絡(luò)中的能量恢復(fù).當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí)能量被恢復(fù),開關(guān)管兩端的電壓(輸入電壓或輸出電壓)被箝位在變換器中的最高電壓.很明顯,一個(gè)簡單二極管可以取代RLD網(wǎng)絡(luò),所以必須有充分使用RLD網(wǎng)絡(luò)的理由.RLD網(wǎng)絡(luò)的作用是使吸收網(wǎng)絡(luò)電感器中實(shí)際流過的電流盡快地減小到零.如果使用一個(gè)簡單的二極管,開關(guān)管將被箝位,但是吸收網(wǎng)絡(luò)的電感器兩端沒有電壓,所以二極管將繼續(xù)導(dǎo)通,直到開關(guān)管再次導(dǎo)通,這時(shí)二極管作為一個(gè)電流吸收部件將不起作用.圖5諧振恢復(fù)電流型吸收網(wǎng)絡(luò) 圖5a中的吸收網(wǎng)絡(luò)為每一個(gè)周期中吸收電感器中電流復(fù)位為零提供電壓.開關(guān)管電壓在其關(guān)斷時(shí)箝位是這個(gè)電路的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn).吸收電容器應(yīng)該較小,因?yàn)槲针姼衅髂芰孔兓瘯r(shí)電容器電壓會(huì)有相應(yīng)的變化.電容器上的電壓的變化使得電感器電流復(fù)位到零.可以利用電感器與電容器之間的能量存儲(chǔ)關(guān)系計(jì)算電容的大小,即C=LI2/V2 式中,C是吸收網(wǎng)絡(luò)中的電容量,L是電感量,I是開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的電流,V是電容器上的電壓變化量.注意電容較小時(shí),電壓較大,電感器復(fù)位較快. 復(fù)位時(shí)間大約是一個(gè)諧振周期的四分之一,式中,t是復(fù)位時(shí)間,L是吸收網(wǎng)絡(luò)中的電感,C是電容. 用于使電容器放電的電感器可大可小.如果其值較小,諧振頻率比開關(guān)頻率小.為了抑制半個(gè)周期的諧振現(xiàn)象,串聯(lián)二極管是非常必要的.L和C諧振將使電容器放電,在放電周期的最后,電容器電壓將遠(yuǎn)低于正常值,如同在開始時(shí)高于正常值一樣.電感量大意味著諧振頻率高于開關(guān)頻率.因?yàn)殡姼衅鞒掷m(xù)導(dǎo)通,二極管可以去掉.電容器上的電壓波形是相似的,但放電波形將是一條直線.唯一問題是放電電感器和電容器的諧振頻率必須足夠高,這樣開關(guān)管上的瞬間峰值電壓將不會(huì)超過它的耐壓值.如果電容器和復(fù)位電感器的諧振頻率大于開關(guān)頻率,電容器上的電壓可以隨負(fù)載電流而變化.必須注意峰值電壓不能超過開關(guān)管的額定值. 例:圖5a所示電路,開關(guān)管電流是10A,串聯(lián)電感器的值是40μH,因?yàn)殚_關(guān)頻率為100kHz,所以電感器的恢復(fù)時(shí)間選為10μs,電容器選為0.01μF.電容器的電壓變化值將是63V.恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的電感器根據(jù)以上討論可大可小. 圖5b所示的吸收網(wǎng)絡(luò)試圖解決稍不同于圖5a的問題.開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)兩個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)都控制流過開關(guān)管中的電流,但圖5b所示的能量恢復(fù)電路可補(bǔ)償二極管的關(guān)斷損耗.吸收網(wǎng)絡(luò)中的電感器存儲(chǔ)著二極管的反向恢復(fù)電荷,它可以使二極管工作在過壓條件下.圖5b中的吸收網(wǎng)絡(luò)循環(huán)使用這個(gè)能量. 除工作在箝位狀態(tài)下以外,圖5b中的吸收網(wǎng)絡(luò)的能量恢復(fù)部分與圖3b的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)一樣.開關(guān)管斷開時(shí)吸收網(wǎng)絡(luò)開始工作,主二極管D0傳輸電感器L0電流.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電感器L1中的電流將斜線上升,流過D0的電流將沿斜線下降,最后將達(dá)到零而截止.D0兩端的電壓將不會(huì)改變,直到它完全截止.由于在短時(shí)間內(nèi)主電感器電流將不會(huì)做有效的變化,D0反向恢復(fù)電流隨著二極管的截止必須流入吸收網(wǎng)絡(luò)的電感器L1.一旦D0完全截止,因電感器L1中的電流大于主電感器L0中的電流,電感器L1將使二極管陽極電位為地電位.二極管關(guān)斷需要的能量存儲(chǔ)在吸收網(wǎng)絡(luò)的電感器中.圖5b的吸收網(wǎng)絡(luò)用于再利用存儲(chǔ)在電感器中剩余能量.在D0截止以后,電壓降至零,電容器C1通過二極管D1開始充電.電感器L1中的多余能量將轉(zhuǎn)移到電容器中.當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),主二極管D0將再次導(dǎo)通,吸收網(wǎng)絡(luò)放電電感器L2將給吸收網(wǎng)絡(luò)電容器反向充電.這樣就給下一個(gè)周期做準(zhǔn)備,因?yàn)槟芰炕謴?fù)網(wǎng)絡(luò)工作在箝位模式,電容相對較大,它兩端的電壓將較小. 例:和上個(gè)例子相同,如圖5b的電路.二極管反向恢復(fù)電流假定為05A的峰值,吸收電感器的值是40μH.能量將在10μs內(nèi)轉(zhuǎn)移到電容器中,所以電容值為001μF.二極管上的電壓將達(dá)到32V的峰值.恢復(fù)時(shí)間為2μs的復(fù)位電感器可以小些.注意復(fù)位時(shí)間為半個(gè)周期,所以公式為,復(fù)位電感器是40μH,但是它只承受05A的峰值電流.6復(fù)位型無損電壓箝位變換器 因?yàn)樵撾娐繁仨氂幸粋€(gè)變壓器,所以必須特別說明.該電路是工作在箝位模式下的電壓吸收網(wǎng)絡(luò),特別適用于推挽變換器.圖6所示為正激變換器電路.圖6正激變換器電路圖7正激變換器圖6中的變壓器繞組N1是初級電源繞組.繞組N2是復(fù)位繞組,它控制電容器上的電壓并且提供正激變換器需要的磁芯復(fù)位.兩個(gè)繞組匝數(shù)相等,這樣限制變換器最大的占空比為50%.開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電路開始工作,電容器通過復(fù)位繞組充電到VCC.當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),變壓器漏感和勵(lì)磁電感將使開關(guān)管電壓超過VCC.當(dāng)開關(guān)管兩端電壓達(dá)到二倍的VCC時(shí),二極管D1導(dǎo)通,變壓器漏感中的電流將被電容器和二極管箝位.復(fù)位繞組將通過二極管傳導(dǎo)勵(lì)磁電流,以致變壓器磁芯復(fù)位.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電容器仍然維持從漏感中獲得的能量,將將向復(fù)位繞組放電,電壓將再次達(dá)到VCC.為了抑制電容器與繞組之間的諧振現(xiàn)象,需要給變壓器的復(fù)位繞組串聯(lián)一個(gè)小電阻器.電容器必須足夠大,以很小的電壓變化吸收漏感中的能量.二極管要能夠承受峰值電流,它的額定電壓至少應(yīng)是VCC的二倍.7吸收二極管 在電源變壓器中,一些二極管由開關(guān)管控制正向偏置,其它二極管反向偏置.正向偏置二極管常常受輸出電路中儲(chǔ)能元件的影響而自動(dòng)導(dǎo)通,而反向偏置二極管卻受儲(chǔ)能元件影響而自動(dòng)關(guān)斷.給二極管添加一個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò),可以確保不會(huì)給開關(guān)管增加負(fù)荷.例如,給正激變換器的輸出端增加一個(gè)簡單的RC吸收網(wǎng)絡(luò),將會(huì)在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)給開關(guān)管增加一個(gè)尖峰電流.然而為了抑制旁路二極管和變壓器漏感的反向電流產(chǎn)生振蕩,需要一個(gè)RC電路. 圖7所示電路是包括兩個(gè)簡單RC電路的正激變換器,變壓器漏感也被明確表示出來.輸出端有兩個(gè)必須控制的諧振因子.第一個(gè)諧振電路由變壓器漏感、與輸出電感器、電容器和寄生電容器并聯(lián)的二極管電容器組成.D1截止時(shí),二極管D1中的恢復(fù)電流使電路導(dǎo)通.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),這個(gè)現(xiàn)象發(fā)生,所以必須使C1的值最小.通常情況下寄生電感最大,輸出部分的諧振頻率最小.因?yàn)樵谶@一點(diǎn)電壓漂移最小,吸收了C1和R1之間的諧振會(huì)使損耗最小. 另一個(gè)諧振現(xiàn)象取決于變壓器漏感和D2的寄生電容.D2的陽極會(huì)因?yàn)榉聪蚧謴?fù)電流而振蕩.因?yàn)榧纳娙葺^小,這個(gè)諧振的頻率將大于其它諧振頻率.這樣就要求C2的值較小,使得R2消耗的功率最小.當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),這個(gè)電路開始工作.使用與D1串聯(lián)的電流吸收網(wǎng)絡(luò)可以控制二極管的截止.8注意事項(xiàng) 吸收網(wǎng)絡(luò)(特別是箝位吸收網(wǎng)絡(luò))中使用的元件的特性是非常重要的.吸收網(wǎng)絡(luò)中的電流變化率非常大,很小的寄生現(xiàn)象幾乎可以使吸收網(wǎng)絡(luò)完全失效.如果去掉升壓變換器中的一個(gè)箝位吸收網(wǎng)絡(luò),而升壓變換器在功率板的地層有25mm長的引線就可以產(chǎn)生一個(gè)足夠大的寄生電感,這個(gè)電感可以產(chǎn)生50MHz的大幅度振蕩. 對印制板布線具有良好的經(jīng)驗(yàn)是非常重要的,而且設(shè)置地平面層是很必要的.為了抑制干擾,通過高頻電流的印制線必須遠(yuǎn)離印制線密集區(qū). 吸收網(wǎng)絡(luò)一般不選用大功率二極管.最好選擇小功率二極管,因此,只需較小的散熱器.但使用的二極管除承受低的平均電流外還必須承受大的峰值電流.特別是在無損吸收網(wǎng)絡(luò)中,二極管需要有較低的恢復(fù)電荷. 和電容器并聯(lián)的電感器必須最小化.吸收網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常時(shí),電感器的頻帶要盡可能寬.電感器本身參與并聯(lián)諧振,這個(gè)諧振是不能抑制的,必須通過改變繞組的結(jié)構(gòu)來減小繞組的寄生電容.采取層繞法的寄生電容最大,而分段繞和疊繞技術(shù)可以減小繞組的寄生電容. 和電感器串聯(lián)的電容器必須最小化.為了減小電路的寄生電感,電容器常常并聯(lián).大電容器的串聯(lián)電感器可以和與它并聯(lián)的小電容器產(chǎn)生諧振,諧振電路將有較高的品質(zhì)因素Q.這一點(diǎn)也特別適用于升壓變換器中的輸出電容器、降壓變換器中的輸入電容器以及反激變換器中所有的電容器. RC阻尼網(wǎng)絡(luò)中使用的電阻器必須是低電感型的.無寄生電感的線繞電阻器通常有較大的自感,并將引起振蕩以及高頻處的過沖.可以給串聯(lián)型RC網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在一個(gè)線繞電阻器上來抑制線繞電阻器中的自感.9結(jié)論 一個(gè)合適的吸收網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性,使它比沒有吸收網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)更有效、更穩(wěn)定.恰當(dāng)?shù)奈站W(wǎng)絡(luò)可使系統(tǒng)在運(yùn)行超時(shí)甚至超過允許溫度條件下正常運(yùn)行.所以掌握和使用好吸收網(wǎng)絡(luò)是很值得的.1068906727.htm
在貼子中怎么看不到圖,能不能再傳一次,謝謝
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@大林電源
圖片3APFCPCB[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/0/1068906208.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
大林說錯(cuò)了吧,是第一張圖的左上方和第二張圖右下方的電感才是吧?
第一張圖右上方的電感AC輸入端濾波器的差模和共模電感.
第一張圖右上方的電感AC輸入端濾波器的差模和共模電感.
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@大林電源
轉(zhuǎn)一貼無損吸收網(wǎng)絡(luò)在電源技術(shù)中的應(yīng)用!--ZT應(yīng)用資料無損吸收網(wǎng)絡(luò)在電源技術(shù)中的應(yīng)用方良楊浩重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院電工理論與新技術(shù)系(重慶400044)薛建平王學(xué)紀(jì)中國航天科技集團(tuán)771研究所(西安710075)1前言 無損吸收網(wǎng)絡(luò)也稱為諧振吸收網(wǎng)絡(luò).它能夠把從輸入或輸出電路中吸收的能量進(jìn)行再利用,或者傳輸給下一個(gè)周期.無損吸收網(wǎng)絡(luò)包括電流和電壓吸收網(wǎng)絡(luò)、上升沿與箝位二合一型電壓吸收網(wǎng)絡(luò).無損吸收網(wǎng)絡(luò)和有損吸收網(wǎng)絡(luò)的基本原理一致,但是普通的無損吸收網(wǎng)絡(luò)沒有衰減(即損耗功能),而為了抑制三次諧波常常在無損吸收網(wǎng)絡(luò)中使用小電阻器.2無損電壓吸收網(wǎng)絡(luò) 電壓吸收網(wǎng)絡(luò)通過把能量轉(zhuǎn)移到電容器中來控制電壓,而在有損吸收網(wǎng)絡(luò)中,這個(gè)能量從電容器中釋放出來并轉(zhuǎn)化為熱能.在無損吸收網(wǎng)絡(luò)中傳輸能量的方式,一種是反饋給電源,一種是傳輸給負(fù)載,或者使能量在吸收網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部循環(huán).本文僅介紹幾種無損電壓吸收網(wǎng)絡(luò)(諧振能量恢復(fù)電壓吸收網(wǎng)絡(luò))的基本類型.在一些應(yīng)用中,特別是與電流吸收網(wǎng)絡(luò)一起使用時(shí),無損電壓吸收網(wǎng)絡(luò)將變得非常復(fù)雜.3雙端電壓吸收網(wǎng)絡(luò) 該網(wǎng)絡(luò)的基本電路之一是由三個(gè)二極管、兩個(gè)電容器、一個(gè)電感器(3D-2C-1L)組成的電路,如圖1a所示.該網(wǎng)絡(luò)與一般開關(guān)電路的連接如圖1b所示.這個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用到所有三相變換電路、降壓電路、升壓電路及降壓升壓電路中.這是一個(gè)上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò),它不能用于箝位電路.通常情況下,兩個(gè)電容器的大小相同,兩個(gè)電容器和電感器的諧振頻率高于開關(guān)頻率. 為了理解吸收網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài),假設(shè)圖1b中的開關(guān)管斷開,電感器電流流過主二極管,兩個(gè)電容器放電.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),吸收網(wǎng)絡(luò)必須復(fù)位.由于開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),二極管D1和D2將關(guān)斷,吸收網(wǎng)絡(luò)電感器L1兩端施加電壓VCC.電流流過與電容器諧振的電感器,直到電流為零,此時(shí)與電感器串聯(lián)的二極管關(guān)斷,因此兩個(gè)電容器上的電壓被充到VCC,吸收網(wǎng)絡(luò)為開關(guān)管斷開做準(zhǔn)備.當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí),所有流過主電感器的電流將流入兩個(gè)電容器.與電容器串聯(lián)的兩個(gè)二極管導(dǎo)通,使兩個(gè)電容器并聯(lián).兩個(gè)電容器控制開關(guān)管的電壓轉(zhuǎn)換速率.因電容器吸收了所有的電感器電流,開關(guān)管的關(guān)斷損耗非常小.當(dāng)電容器放電結(jié)束時(shí),主二極管箝位吸收網(wǎng)絡(luò)的電壓,為下一個(gè)周期開始做準(zhǔn)備.圖1雙端電壓吸收網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和與開關(guān)電路的連接 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),首先要知道開關(guān)管峰值電流的大小、VCC的最大值以及要求的開關(guān)管電壓上升時(shí)間.兩個(gè)并聯(lián)電容器的大小可以根據(jù)下式計(jì)算出. 2C=I·tr/VCC,式中C是其中一個(gè)電容器的值(C1與C2的大小相同),I是開關(guān)管的峰值電流,tr是要求的最大上升時(shí)間,VCC是最大的電源電壓. 電容器的充電時(shí)間是兩個(gè)電容器與一個(gè)電感器串聯(lián)的一個(gè)完整諧振周期的一半.這個(gè)時(shí)間周期必須小于預(yù)期的開關(guān)管導(dǎo)通的最小時(shí)間.否則,吸收網(wǎng)絡(luò)將不能完全復(fù)位,而且將增大開關(guān)管損耗.一旦知道了復(fù)位時(shí)間,電感量可根據(jù)下式計(jì)算:其中,L是吸收網(wǎng)絡(luò)的電感量,t是復(fù)位時(shí)間. 我們必須知道吸收網(wǎng)絡(luò)電感器中的峰值電流,這樣可以得到串聯(lián)電感器和二極管的大小,以便控制電流.根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)的電感器和電容器中存儲(chǔ)能量相等得到峰值電流,公式為:. 其中,I是電感器中的峰值電流.一個(gè)重要因素是半正弦電流脈沖,當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),它必須流經(jīng)開關(guān)管使吸收網(wǎng)絡(luò)復(fù)位.開關(guān)管必須可以根據(jù)負(fù)載電流調(diào)整這個(gè)電流. 實(shí)際應(yīng)用時(shí),可使一個(gè)電容器比另一個(gè)大10%~20%,以確保兩個(gè)電容器中至少有一個(gè)可以完全充電到VCC.這樣開關(guān)管的功率損耗和應(yīng)力會(huì)達(dá)到最小. 例如:一個(gè)開關(guān)管的電流是1.0A,電壓是400V,上升時(shí)間為400ns.每個(gè)電容器的值均為500pF,恢復(fù)時(shí)間是10μs,得到電感量為400μH,電感器中的峰值電流是316mA.注意,此時(shí)帶有一個(gè)小電容器的二極管的恢復(fù)電荷變得非常重要.這個(gè)二極管的速度必須非???并且有一個(gè)非常低的恢復(fù)電荷.流過二極管的平均電流很小,所以它們的功率不必太大.如果恢復(fù)電荷過大,電容器中儲(chǔ)存的能量將不能保證網(wǎng)絡(luò)在下一個(gè)周期復(fù)位.4三端吸收網(wǎng)絡(luò) 該網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)二極管、兩個(gè)電容器、一個(gè)電感器.它的工作狀態(tài)與雙端電路相似,三端吸收網(wǎng)絡(luò)如圖2a、圖2b所示.圖2c的電路表明了吸收網(wǎng)絡(luò)與一般變換器的連接關(guān)系.這個(gè)吸級網(wǎng)絡(luò)屬于上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò),可以和降壓電路、升壓電路或者反激電路一起使用.參考圖2c,開關(guān)管斷開時(shí)電路開始工作,電容器C1放電,C2充電到VCC.主電感器L0中的電流流過主二極管D0.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),二極管D1、D2關(guān)斷.VCC施加到吸收網(wǎng)絡(luò)電感器L1的兩端.電流從C2通過L1和D3給C1充電.當(dāng)C2放電結(jié)束時(shí),C1充電到VCC,電感器L1中的電流為0.和電感器L1串聯(lián)的二極管D3截止.開關(guān)管關(guān)斷一段時(shí)間后,流過L0的電流流入吸收網(wǎng)絡(luò),通過D2給C2充電,C1通過D1放電,這樣來控制開關(guān)管電壓的上升沿.即使一個(gè)電容器正在充電,另一個(gè)電容器正在放電,兩個(gè)并聯(lián)的電容器也可以有效的工作.三端吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與前述的雙端吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)基本上是一致的.41帶有中間電壓的電壓吸收網(wǎng)絡(luò) 圖3a所示的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)要求一個(gè)中間電壓,這使得該網(wǎng)絡(luò)對于正激和反激變換器非常有用.這種吸收網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)三端網(wǎng)絡(luò),它可以用作上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò)或者箝位型吸收網(wǎng)絡(luò).圖3b說明了該吸收網(wǎng)絡(luò)和一般變換器的連接關(guān)系.這個(gè)電路中,吸收網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò)工作.箝位式工作狀態(tài)的電路是相同的,只是元件值不同.這個(gè)電路通常與諧振能量恢復(fù)電流型吸收網(wǎng)絡(luò)一起使用.圖2三端吸收網(wǎng)絡(luò)及與變換器的連接圖3帶有中間電壓的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)圖4電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)及其與變換器的連接 開關(guān)管斷開時(shí)吸收網(wǎng)絡(luò)開始工作,電容器被充電到V1-V2.在一個(gè)降壓或者反激變換器中,這個(gè)電壓是輸入和輸出電壓之差.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電容使L1上的電壓極性反相,L1和C1產(chǎn)生諧振,直到流過吸收網(wǎng)絡(luò)的電流為0或者二極管D1導(dǎo)通(D1導(dǎo)通后箝位電壓).圖3b中,電容器電壓將反相,但不會(huì)大于V2.當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí),主電感器上的電流將流入電容器,通過D1并返回到V2,以此通過開關(guān)管控制電壓上升沿.當(dāng)電壓足夠高時(shí),可以使開關(guān)管導(dǎo)通,這時(shí)主二極管和電容器將充電到最初狀態(tài)(V1-V2). 如果圖3b中的V1-V2小于V2,復(fù)位結(jié)束時(shí),吸收網(wǎng)絡(luò)電容器上的電壓達(dá)不到V2.這時(shí),開關(guān)管處于零壓狀態(tài),但不會(huì)關(guān)斷.開關(guān)管將在中間電壓處斷開,中間電壓取決于D1導(dǎo)通時(shí)那一點(diǎn)的電壓. 這個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過程與前面講的雙端無損吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過程相似.電容值C由公式I=C·dv/dt求得.式中I是開關(guān)管中的最大電流,dv/dt是開關(guān)的最大電壓變化率.電感值L取決于復(fù)位時(shí)間和電容的大小,L=4t2/Cπ2,t是電容器復(fù)位的時(shí)間,小于正常工作狀態(tài)下最小的脈沖寬度. 電感器中的峰值電流可以根據(jù)I2=CV2/L計(jì)算. 上式中的I是峰值電感電流,V是電容器的初始電壓并且等于圖3b中的(V1-V2).5無損電流吸收網(wǎng)絡(luò) 電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本原理是能量存儲(chǔ)在一個(gè)電感器中,這個(gè)電感器控制著開關(guān)管中電流的上升沿.無損電流吸收網(wǎng)絡(luò)和對應(yīng)的有損電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本功能是一樣的,與開關(guān)管串聯(lián)的電感器控制電流的上升沿.無損電流吸收網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)周期中電感器中存儲(chǔ)的能量都轉(zhuǎn)移到輸入端或者輸出端,否則,這些能量將被損耗.51反激復(fù)位電流吸收網(wǎng)絡(luò) 通過給電感器加一些繞組,可以把電感器中的能量轉(zhuǎn)移到任何地方并提供過壓保護(hù),這個(gè)保護(hù)是通過在開關(guān)管上設(shè)置導(dǎo)通率和恢復(fù)電壓實(shí)現(xiàn)的.圖4a所示為基本的吸收網(wǎng)絡(luò).圖4b和圖4c表示出把吸收網(wǎng)絡(luò)和一般變換器連接的兩種方法.具體的方法取決于電路是降壓變換器、反激變換器(圖4b)或者升壓變換器(圖4c).盡管其它連接方式可以把能量反饋到輸入端,通常情況下還是把能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載中. 這種吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)非常簡單.初級電感量和損耗網(wǎng)絡(luò)中的電感量相同.復(fù)位過程中,開關(guān)管兩端的電壓取決于開關(guān)管的導(dǎo)通率及電源或負(fù)載的電壓. 這類吸收網(wǎng)絡(luò)的主要問題是初次級電感器之間的漏感,它可能在開關(guān)管兩端引起一個(gè)大的電壓尖峰.該吸收網(wǎng)絡(luò)通常與上升和下降時(shí)間長的大功率變換器一起使用.也可以和上升沿控制型吸收網(wǎng)絡(luò)中的變換器一起使用.初次級電感器之間通常要加簡單的RC吸收網(wǎng)絡(luò).52諧振恢復(fù)電流型吸收網(wǎng)絡(luò) 圖5a所示電路由一般變換器和電流型吸收網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成.在這種吸收網(wǎng)絡(luò)中能量被轉(zhuǎn)換為變換器的電壓.在箝位狀態(tài)下,進(jìn)行吸收網(wǎng)絡(luò)中的能量恢復(fù).當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí)能量被恢復(fù),開關(guān)管兩端的電壓(輸入電壓或輸出電壓)被箝位在變換器中的最高電壓.很明顯,一個(gè)簡單二極管可以取代RLD網(wǎng)絡(luò),所以必須有充分使用RLD網(wǎng)絡(luò)的理由.RLD網(wǎng)絡(luò)的作用是使吸收網(wǎng)絡(luò)電感器中實(shí)際流過的電流盡快地減小到零.如果使用一個(gè)簡單的二極管,開關(guān)管將被箝位,但是吸收網(wǎng)絡(luò)的電感器兩端沒有電壓,所以二極管將繼續(xù)導(dǎo)通,直到開關(guān)管再次導(dǎo)通,這時(shí)二極管作為一個(gè)電流吸收部件將不起作用.圖5諧振恢復(fù)電流型吸收網(wǎng)絡(luò) 圖5a中的吸收網(wǎng)絡(luò)為每一個(gè)周期中吸收電感器中電流復(fù)位為零提供電壓.開關(guān)管電壓在其關(guān)斷時(shí)箝位是這個(gè)電路的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn).吸收電容器應(yīng)該較小,因?yàn)槲针姼衅髂芰孔兓瘯r(shí)電容器電壓會(huì)有相應(yīng)的變化.電容器上的電壓的變化使得電感器電流復(fù)位到零.可以利用電感器與電容器之間的能量存儲(chǔ)關(guān)系計(jì)算電容的大小,即C=LI2/V2 式中,C是吸收網(wǎng)絡(luò)中的電容量,L是電感量,I是開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的電流,V是電容器上的電壓變化量.注意電容較小時(shí),電壓較大,電感器復(fù)位較快. 復(fù)位時(shí)間大約是一個(gè)諧振周期的四分之一,式中,t是復(fù)位時(shí)間,L是吸收網(wǎng)絡(luò)中的電感,C是電容. 用于使電容器放電的電感器可大可小.如果其值較小,諧振頻率比開關(guān)頻率小.為了抑制半個(gè)周期的諧振現(xiàn)象,串聯(lián)二極管是非常必要的.L和C諧振將使電容器放電,在放電周期的最后,電容器電壓將遠(yuǎn)低于正常值,如同在開始時(shí)高于正常值一樣.電感量大意味著諧振頻率高于開關(guān)頻率.因?yàn)殡姼衅鞒掷m(xù)導(dǎo)通,二極管可以去掉.電容器上的電壓波形是相似的,但放電波形將是一條直線.唯一問題是放電電感器和電容器的諧振頻率必須足夠高,這樣開關(guān)管上的瞬間峰值電壓將不會(huì)超過它的耐壓值.如果電容器和復(fù)位電感器的諧振頻率大于開關(guān)頻率,電容器上的電壓可以隨負(fù)載電流而變化.必須注意峰值電壓不能超過開關(guān)管的額定值. 例:圖5a所示電路,開關(guān)管電流是10A,串聯(lián)電感器的值是40μH,因?yàn)殚_關(guān)頻率為100kHz,所以電感器的恢復(fù)時(shí)間選為10μs,電容器選為0.01μF.電容器的電壓變化值將是63V.恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的電感器根據(jù)以上討論可大可小. 圖5b所示的吸收網(wǎng)絡(luò)試圖解決稍不同于圖5a的問題.開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)兩個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)都控制流過開關(guān)管中的電流,但圖5b所示的能量恢復(fù)電路可補(bǔ)償二極管的關(guān)斷損耗.吸收網(wǎng)絡(luò)中的電感器存儲(chǔ)著二極管的反向恢復(fù)電荷,它可以使二極管工作在過壓條件下.圖5b中的吸收網(wǎng)絡(luò)循環(huán)使用這個(gè)能量. 除工作在箝位狀態(tài)下以外,圖5b中的吸收網(wǎng)絡(luò)的能量恢復(fù)部分與圖3b的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)一樣.開關(guān)管斷開時(shí)吸收網(wǎng)絡(luò)開始工作,主二極管D0傳輸電感器L0電流.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電感器L1中的電流將斜線上升,流過D0的電流將沿斜線下降,最后將達(dá)到零而截止.D0兩端的電壓將不會(huì)改變,直到它完全截止.由于在短時(shí)間內(nèi)主電感器電流將不會(huì)做有效的變化,D0反向恢復(fù)電流隨著二極管的截止必須流入吸收網(wǎng)絡(luò)的電感器L1.一旦D0完全截止,因電感器L1中的電流大于主電感器L0中的電流,電感器L1將使二極管陽極電位為地電位.二極管關(guān)斷需要的能量存儲(chǔ)在吸收網(wǎng)絡(luò)的電感器中.圖5b的吸收網(wǎng)絡(luò)用于再利用存儲(chǔ)在電感器中剩余能量.在D0截止以后,電壓降至零,電容器C1通過二極管D1開始充電.電感器L1中的多余能量將轉(zhuǎn)移到電容器中.當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),主二極管D0將再次導(dǎo)通,吸收網(wǎng)絡(luò)放電電感器L2將給吸收網(wǎng)絡(luò)電容器反向充電.這樣就給下一個(gè)周期做準(zhǔn)備,因?yàn)槟芰炕謴?fù)網(wǎng)絡(luò)工作在箝位模式,電容相對較大,它兩端的電壓將較小. 例:和上個(gè)例子相同,如圖5b的電路.二極管反向恢復(fù)電流假定為05A的峰值,吸收電感器的值是40μH.能量將在10μs內(nèi)轉(zhuǎn)移到電容器中,所以電容值為001μF.二極管上的電壓將達(dá)到32V的峰值.恢復(fù)時(shí)間為2μs的復(fù)位電感器可以小些.注意復(fù)位時(shí)間為半個(gè)周期,所以公式為,復(fù)位電感器是40μH,但是它只承受05A的峰值電流.6復(fù)位型無損電壓箝位變換器 因?yàn)樵撾娐繁仨氂幸粋€(gè)變壓器,所以必須特別說明.該電路是工作在箝位模式下的電壓吸收網(wǎng)絡(luò),特別適用于推挽變換器.圖6所示為正激變換器電路.圖6正激變換器電路圖7正激變換器圖6中的變壓器繞組N1是初級電源繞組.繞組N2是復(fù)位繞組,它控制電容器上的電壓并且提供正激變換器需要的磁芯復(fù)位.兩個(gè)繞組匝數(shù)相等,這樣限制變換器最大的占空比為50%.開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電路開始工作,電容器通過復(fù)位繞組充電到VCC.當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),變壓器漏感和勵(lì)磁電感將使開關(guān)管電壓超過VCC.當(dāng)開關(guān)管兩端電壓達(dá)到二倍的VCC時(shí),二極管D1導(dǎo)通,變壓器漏感中的電流將被電容器和二極管箝位.復(fù)位繞組將通過二極管傳導(dǎo)勵(lì)磁電流,以致變壓器磁芯復(fù)位.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電容器仍然維持從漏感中獲得的能量,將將向復(fù)位繞組放電,電壓將再次達(dá)到VCC.為了抑制電容器與繞組之間的諧振現(xiàn)象,需要給變壓器的復(fù)位繞組串聯(lián)一個(gè)小電阻器.電容器必須足夠大,以很小的電壓變化吸收漏感中的能量.二極管要能夠承受峰值電流,它的額定電壓至少應(yīng)是VCC的二倍.7吸收二極管 在電源變壓器中,一些二極管由開關(guān)管控制正向偏置,其它二極管反向偏置.正向偏置二極管常常受輸出電路中儲(chǔ)能元件的影響而自動(dòng)導(dǎo)通,而反向偏置二極管卻受儲(chǔ)能元件影響而自動(dòng)關(guān)斷.給二極管添加一個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò),可以確保不會(huì)給開關(guān)管增加負(fù)荷.例如,給正激變換器的輸出端增加一個(gè)簡單的RC吸收網(wǎng)絡(luò),將會(huì)在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)給開關(guān)管增加一個(gè)尖峰電流.然而為了抑制旁路二極管和變壓器漏感的反向電流產(chǎn)生振蕩,需要一個(gè)RC電路. 圖7所示電路是包括兩個(gè)簡單RC電路的正激變換器,變壓器漏感也被明確表示出來.輸出端有兩個(gè)必須控制的諧振因子.第一個(gè)諧振電路由變壓器漏感、與輸出電感器、電容器和寄生電容器并聯(lián)的二極管電容器組成.D1截止時(shí),二極管D1中的恢復(fù)電流使電路導(dǎo)通.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),這個(gè)現(xiàn)象發(fā)生,所以必須使C1的值最小.通常情況下寄生電感最大,輸出部分的諧振頻率最小.因?yàn)樵谶@一點(diǎn)電壓漂移最小,吸收了C1和R1之間的諧振會(huì)使損耗最小. 另一個(gè)諧振現(xiàn)象取決于變壓器漏感和D2的寄生電容.D2的陽極會(huì)因?yàn)榉聪蚧謴?fù)電流而振蕩.因?yàn)榧纳娙葺^小,這個(gè)諧振的頻率將大于其它諧振頻率.這樣就要求C2的值較小,使得R2消耗的功率最小.當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),這個(gè)電路開始工作.使用與D1串聯(lián)的電流吸收網(wǎng)絡(luò)可以控制二極管的截止.8注意事項(xiàng) 吸收網(wǎng)絡(luò)(特別是箝位吸收網(wǎng)絡(luò))中使用的元件的特性是非常重要的.吸收網(wǎng)絡(luò)中的電流變化率非常大,很小的寄生現(xiàn)象幾乎可以使吸收網(wǎng)絡(luò)完全失效.如果去掉升壓變換器中的一個(gè)箝位吸收網(wǎng)絡(luò),而升壓變換器在功率板的地層有25mm長的引線就可以產(chǎn)生一個(gè)足夠大的寄生電感,這個(gè)電感可以產(chǎn)生50MHz的大幅度振蕩. 對印制板布線具有良好的經(jīng)驗(yàn)是非常重要的,而且設(shè)置地平面層是很必要的.為了抑制干擾,通過高頻電流的印制線必須遠(yuǎn)離印制線密集區(qū). 吸收網(wǎng)絡(luò)一般不選用大功率二極管.最好選擇小功率二極管,因此,只需較小的散熱器.但使用的二極管除承受低的平均電流外還必須承受大的峰值電流.特別是在無損吸收網(wǎng)絡(luò)中,二極管需要有較低的恢復(fù)電荷. 和電容器并聯(lián)的電感器必須最小化.吸收網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常時(shí),電感器的頻帶要盡可能寬.電感器本身參與并聯(lián)諧振,這個(gè)諧振是不能抑制的,必須通過改變繞組的結(jié)構(gòu)來減小繞組的寄生電容.采取層繞法的寄生電容最大,而分段繞和疊繞技術(shù)可以減小繞組的寄生電容. 和電感器串聯(lián)的電容器必須最小化.為了減小電路的寄生電感,電容器常常并聯(lián).大電容器的串聯(lián)電感器可以和與它并聯(lián)的小電容器產(chǎn)生諧振,諧振電路將有較高的品質(zhì)因素Q.這一點(diǎn)也特別適用于升壓變換器中的輸出電容器、降壓變換器中的輸入電容器以及反激變換器中所有的電容器. RC阻尼網(wǎng)絡(luò)中使用的電阻器必須是低電感型的.無寄生電感的線繞電阻器通常有較大的自感,并將引起振蕩以及高頻處的過沖.可以給串聯(lián)型RC網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在一個(gè)線繞電阻器上來抑制線繞電阻器中的自感.9結(jié)論 一個(gè)合適的吸收網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性,使它比沒有吸收網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)更有效、更穩(wěn)定.恰當(dāng)?shù)奈站W(wǎng)絡(luò)可使系統(tǒng)在運(yùn)行超時(shí)甚至超過允許溫度條件下正常運(yùn)行.所以掌握和使用好吸收網(wǎng)絡(luò)是很值得的.1068906727.htm
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要是能將關(guān)鍵的原理圖COPY出來豈不更好!結(jié)合著說明
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