《電子技術(shù)應用》
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透析:推挽逆變器中變壓器漏感尖峰有源鉗位研究
摘要: 本文從原理出發(fā)分析了在推挽逆變器中兩開關(guān)管漏極產(chǎn)生尖峰的原因,,提出了改進方法,,并在實際應用中得到驗證是可行的,相比于傳統(tǒng)推挽逆變器,,極大地提升了了性能,,提高了效率和穩(wěn)定性。
Abstract:
Key words :

一  推挽逆變器的原理分析

電路如圖1所示:

 

Q1,,Q2理想的柵極(UG1,UG2)漏極(UD1,UD2)波形如圖2所示:

實際輸出的漏極波形:

從實際波形中可以看出,,漏極波形和理想波形存在不同:在Q1,Q2兩管同時截止的死區(qū)處都長了一個長長的尖峰,這個尖峰對逆變器/UPS性能的影響和開關(guān)管Q1,Q2的威脅是不言而喻的,,這里就不多說了,。

二  Q1,Q2兩管漏極產(chǎn)生尖峰的成因分析

從圖1中可以看出,主電路功率元件是開關(guān)管Q1,Q2和變壓器T1,。 Q1,Q2的漏極引腳到TI初級兩邊走線存在分布電感,, T1初級存在漏感,當然T1存在漏感是主要的,??紤]到漏感這個因素我們畫出推挽電路主電路等效的原理圖如圖4所示:


 從圖4中可以看出L1,L2就等效于變壓器初級兩邊的漏感,我們來分析一下Q1導通時的情形:當Q1的柵極加上足夠的驅(qū)動電壓后飽和導通,,電池電壓加到漏感L1和變壓器T1初級上半部分,,當然絕大部分是加到T1初級上半部分,因為L1比T1初級上半部分電感小得多。此時Q2是截止的,,主電路電流方向為從電池正極到T1初級上半部分到L1到Q1的DS再回到電池的負極;L1上電壓的極性為左負右正,,T1初級上半部分電壓的極性為上負下正,如圖5所示:

當Q1柵極信號由高電平變?yōu)榈碗娖綍r,,此時Q2也還截止,,即死區(qū)處Q1,Q2都不導通,T1初級上半部分由于和次級耦合的原因,,能量僅在Q1導通時向次級傳遞能量,,到Q1截止時T1初級上半部分上端的電位已恢復到電池電壓,而L1可以看做是是一個獨立的電感,,它儲存的能量耦合不到變壓器T1的次級,。但是,隨著Q1由導通轉(zhuǎn)向截止,,L1上的電流迅速減小,,大家知道電感兩端的電流是不能突變的,,根據(jù)自感的原理L1必然要產(chǎn)生很高的反向感生電動勢來阻礙它電流的減小,所以此時電感電壓的極性和圖5相反,,T1初級上半部分的電壓為0,,兩端點的電壓都等于電池電壓,此時Q1漏極的電壓就等于L1兩端的電壓和電池電壓之和,,這就是Q1,Q2兩管漏極產(chǎn)生尖峰的原因,,如圖6所示。


 三  Q1,Q2兩管漏極產(chǎn)生尖峰的消除

上面我們已經(jīng)分析了Q1,Q2兩管漏極產(chǎn)生尖峰的原因,,下面我們就來想辦法消除這個尖峰了,。我想到的辦法就是Q1,Q2的漏極到電池的正極加一個開關(guān),,當然這個開關(guān)也由MOS管來充當,,當然其它功率管也行。這個開關(guān)只在Q1,Q2都截止時才導通,,用電路實現(xiàn)如圖7所示:

 

由圖7可以看出,,加入D1,D2可以防止Q3,Q4寄生二極管的導通,這樣,,Q1,Q2漏極的尖峰就可以限制在D1,D2和Q3,Q4的壓降之和了,,而這個壓降是很小的,漏感的尖峰的能量也釋放回電池和C1了,。

Q1,Q2,Q3,Q4的驅(qū)動時序如圖8所示:

 


加入了有源嵌位后實際輸出的波形如圖9所示:

 四  這個電路全橋逆變電路的比較:

看到這里,,大家也許會說,這個電路和全橋電路不是一樣嗎,?你的電路還多了兩個二極管,。不錯,這個電路和那種兩橋臂上下管都互補的全橋電路來說還是有些相似,,最大的不同就是我這個電路主電路還是推挽,,它的導通壓降還是一個MOS管的導通壓降,而全橋電路是兩個MOS管的導通壓降,!對于采用低電壓電流電池供電的應用場合,,這個電路的損耗更小,效率更高,,因為漏感的儲能比較小,, Q3,Q4選型時可以比Q1,Q2電流小得多,因而節(jié)約了成本,。

實際上Q3,Q4可以只用一個的,,如圖10所示:


驅(qū)動邏輯改為,如圖11所示:

 總結(jié):本文從原理出發(fā)分析了在推挽逆變器中兩開關(guān)管漏極產(chǎn)生尖峰的原因,,提出了改進方法,,并在實際應用中得到驗證是可行的,,相比于傳統(tǒng)推挽逆變器,極大地提升了了性能,,提高了效率和穩(wěn)定性。

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