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；為了達到指標,，必須進一步采取措施,，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，恢復時間短的優(yōu)質(zhì)開關管,；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蹋鐖D2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" title="整流">整流的RC吸收電路

圖2    高頻調(diào)制方波

    設某一時刻t=0時u_AC的極性為上正下負,，大小為E_o,，C上的電壓為E_o，極性上負下正,，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" title="無損吸收">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的開關控制脈沖u_gs，與繞組AB形成固定的相位關系,。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 

(a)    u_AB波形

(b)    u_gs波形

圖5    u_AB與u_gs的相位關系

    其吸收原理如下所述。

    1）t₁－t₂時段    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時段    u_AB=U_o,，D₁₂反偏截止,。D₁與D₄導通，忽略D₁與D₄上的壓降,，U_EF=U_o,。以_E為電壓參考點，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時間段開關管S被觸發(fā)導通,，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t₃時刻u_AB消失,，u_gs同時也消失，S截止,。L上的能量將通過D向輸出電容C_o釋放,，形成電壓毛刺的無損吸收。

    3）t₄－t₅時段    繞組AB之間的電壓反向,，此時D₂與D₁₁導通,，對C充電，之后的工作過程同t₁－t₂時間段,。

    4）t₅－t₆時段    工作過程同t₂－t₃時間段,。

    t₇時刻開始，電路將重復以上過程,。

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u_AB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6    雙半波整流電路與電壓尖峰吸收電路

4    關于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瞬間沖擊電流增加,，過小的C將導致吸收毛刺過程中過大的電壓增量ΔU，因此C要選擇適當,；

    2）過大的L將使C中的ΔU能量無法及時轉(zhuǎn)移到L中,，因為ΔU=Ldi/dt，L過大,，將使其中的電流增長速度減慢,；L過小，則di/dt過大將使承受的應力加大只能選取大電流的開關管,，同時對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,。