專利名稱：一種抑制二極管反向尖峰電壓的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)損耗吸收電路。
背景技術(shù)：
開(kāi)關(guān)型電源變換器的輸出整流二極管工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在換流時(shí)變壓器的副邊存在寄生振蕩，下邊將論述其產(chǎn)生原因及現(xiàn)有的抑制措施。
整流橋的寄生振蕩產(chǎn)生于變壓器的漏感或附加的諧振電感與變壓器的繞組電容和整流管的結(jié)電容之間。
當(dāng)副邊電壓為零時(shí)，在全橋整流器中四只二極管全部導(dǎo)通，輸出濾波電感電流處于自然續(xù)流狀態(tài)。當(dāng)副邊電壓變化為高電壓VIN/K(K為變壓器變比)時(shí)，整流橋中有兩只二極管要關(guān)斷，有兩只二極管繼續(xù)導(dǎo)通。這時(shí)變壓器漏感或附加的諧振電感就開(kāi)始和關(guān)斷的二極管的電容諧振，即使采用快恢復(fù)二極管，二極管仍然要承受至少兩倍的尖峰電壓。
副邊漏感上電流是負(fù)載電流和將關(guān)斷的二極管的反向恢復(fù)電流之和，此電流和輸出整流二極管結(jié)電容諧振的結(jié)果，在關(guān)斷的整流二極管上產(chǎn)生較高的尖峰電壓。
關(guān)于如何抑制輸出整流二極管反向尖峰電壓，在現(xiàn)有的技術(shù)中有兩種電阻電容緩沖吸收，即RC緩沖電路；電阻電容二極管緩沖吸收，即RCD緩沖電路。
RC緩沖電路如圖1所示，Vsec1為雙極性電壓源，Lik為等效電感，圖中的103、104、105、106為輸出整流二極管，圖中的107、108、109、110是各整流管上并聯(lián)的由電阻和電容串聯(lián)組成的支路。當(dāng)雙極性電壓源Vsecl輸出電壓為零時(shí)，整流二極管103、104、105、106全部導(dǎo)通，當(dāng)雙極性電壓源Vsec1輸出電壓為VP(或-VP)時(shí)，整流二極管103、104、105、106中有兩只二極管將關(guān)斷，另外兩只繼續(xù)導(dǎo)通，將關(guān)斷的整流二極管上并聯(lián)的由電阻和電容串聯(lián)的支路起到吸收作用。而當(dāng)二極管再次導(dǎo)通時(shí)，此支路上的電容電荷將被放掉，所有能量消耗在支路電阻上。這種吸收網(wǎng)絡(luò)是有損耗的，相當(dāng)于把整流二極管的關(guān)斷損耗轉(zhuǎn)移到了緩沖網(wǎng)絡(luò)上，不利于提高變換器的效率。
RCD緩沖電路如圖2所示，是一種改進(jìn)的吸收電路，工作時(shí)序圖如圖3所示。它與前面的RC吸收電路區(qū)別在于，吸收電路由嵌位二極管Ds、嵌位電容Cs和回饋電阻Rs組成，Cs的容量較大。在T0時(shí)刻，雙極性電壓源Vsec1輸出電壓為零，嵌位電容Cs兩端電壓VC等于輸出電壓Vo，當(dāng)雙極性電壓源Vsec1變?yōu)閂P(或-VP)時(shí)，等效電感Lik與整流管的結(jié)電容開(kāi)始諧振，圖中D點(diǎn)電壓VD開(kāi)始上升。T1時(shí)刻，VD上升到輸出電壓Vo，此時(shí)嵌位二極管Ds導(dǎo)通，嵌位電容Cs參與諧振。由于Cs的容量較大，D點(diǎn)電壓VD略有增加，其最大值為Vclamp。在T2時(shí)刻，等效電感Lik與二極管結(jié)電容和嵌位電容Cs的諧振工作結(jié)束，VD和VC穩(wěn)定在VP。在T3時(shí)刻副邊電壓變化為零嵌位二極管Ds關(guān)斷，嵌位電容Cs通過(guò)回饋電阻Rs將諧振過(guò)程中增加的能量一部分回饋到輸出負(fù)載Rf上，一部分消耗在回饋電阻Rs上。在T4時(shí)刻，嵌位電容Cs放電結(jié)束，其兩端電壓VC下降到輸出電壓Vo，一個(gè)工作周期結(jié)束。
可見(jiàn)，RCD緩沖電路可以將輸出整流二極管上的電壓嵌位在一個(gè)適當(dāng)?shù)碾妷褐礦clamp，Vclamp比VP高，但小于2VP，抑制了高頻電壓振蕩。但缺點(diǎn)非常明顯，以下公式表示的能量依然消耗在回饋電阻Rs上，不利于提高效率。
ΔE=12×Cs×[(VP)2-Vo2]]]>
以上的吸收方法已經(jīng)記載在《脈寬調(diào)制DC/DC全橋變換器開(kāi)關(guān)技術(shù)》一書(shū)中。作者阮新波，嚴(yán)仰光由上面的分析可知，現(xiàn)有的技術(shù)雖然對(duì)輸出整流二極管承受的尖峰電壓有一定的抑制作用，但是吸收電路是有損耗的，不利于提高變換器的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提出一種無(wú)損耗吸收電路，在優(yōu)化吸收電路的同時(shí)，將吸收電路中的損耗轉(zhuǎn)移到輸出電感中，以提高輸出整流二極管反向電壓尖峰的吸收效果，提高變換器的效率。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括一個(gè)嵌位二極管、一個(gè)嵌位電容，其特征在于還包括一個(gè)釋放二極管和一個(gè)輸出電感；所述嵌位二極管的正極接所述輸出電感的原邊，所述嵌位二極管的負(fù)極與所述嵌位電容相連，嵌位二極管和嵌位電容的連接點(diǎn)與所述釋放二極管的正極連接，釋放二極管的負(fù)極連接所述輸出電感的副邊，輸出電感的原邊和副邊的另一端均與負(fù)載的正端相連；所述嵌位電容的另一端與負(fù)載的負(fù)端連接。
本發(fā)明中涉及的嵌位二極管、嵌位電容、釋放二極管可以分別由多個(gè)并聯(lián)的嵌位二極管、嵌位電容、釋放二極管構(gòu)成。
在脈沖電壓源變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，等效電感Lik與嵌位電容Cs諧振，所述的等效電感Lik是變壓器的漏感、附加電感和布線電感之和；諧振半個(gè)周期后諧振電路停止工作，所述等效電感Lik能量轉(zhuǎn)移到嵌位電容Cs中。所述等效電感之和Lik中電流為Iik＝Iout+Irm其中Iout為負(fù)載電流，Irm為輸出整流二極管瞬間的反向恢復(fù)電流；Iout、Irm是相對(duì)固定的參數(shù)；Irm決定于輸出整流二極管的特性。諧振半個(gè)周期后，所述等效電感之和Lik中的電流等于負(fù)載電流，此時(shí)由于嵌位二極管Ds的單向?qū)ㄗ饔?，諧振電路停止工作。等效電感Lik向嵌位電容轉(zhuǎn)移的能量為L(zhǎng)ik×[Iik2-Iout2]2=Cs×Vclamp22]]>對(duì)于一個(gè)固定的裝置來(lái)說(shuō)，Lik決定于變壓器的結(jié)構(gòu)、印制板的布線參數(shù)和電路結(jié)構(gòu)；Vclamp是嵌位電容Cs上承受的最高電壓，也就是輸出整流二極管承受的最高反向電壓；在脈沖電壓源電平為零時(shí)，嵌位電容Cs通過(guò)釋放二極管Dr把能量轉(zhuǎn)移到輸出電感中，也就是轉(zhuǎn)移到負(fù)載中。整個(gè)工作過(guò)程損耗小。
通過(guò)上面的分析可知，通過(guò)選擇一個(gè)合適的嵌位電容Cs，把輸出整流二極管承受的反向電壓控制在一個(gè)較小值，可以選用耐壓值較低的輸出整流二極管，耐壓低的二極管正向?qū)▔航递^小，所以輸出整流二極管的導(dǎo)通損耗和關(guān)斷損耗都減小。
采用本發(fā)明所述的電路，對(duì)輸出整流二極管承受的反向電壓進(jìn)行了有效的控制，同時(shí)在整個(gè)工作過(guò)程中本電路的吸收電路損耗很小，提高了變換器的效率；適用于半波整流、全波整流和橋式整流電路。


圖1是RC緩沖電路圖。
圖2是RCD緩沖電路圖。
圖3是RCD緩沖電路工作時(shí)序圖。
圖4是為本發(fā)明在半波整流電路中的應(yīng)用。
圖5是本發(fā)明在橋式整流電路中的應(yīng)用。
圖6為本發(fā)明在全波整流電路中的應(yīng)用。
圖7為本發(fā)明在半波整流電路中的工作時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
圖1、2、3在背景技術(shù)部分已說(shuō)明。
圖4表示本發(fā)明在半波整流電路中的應(yīng)用本發(fā)明所述的抑制二極管反向尖峰電壓的電路是由嵌位二極管Ds、嵌位電容Cs、釋放二極管Dr、輸出電感Lf2組成；脈沖電壓源Vsec2通過(guò)等效電感Lik與輸出整流二極管103的正極相連；輸出整流二極管104的負(fù)極與輸出整流二極管103的負(fù)極均與嵌位二極管Ds的正極相連，并連接到輸出電感Lf2的原邊，嵌位二極管Ds的負(fù)端和釋放二極管Dr正端均與嵌位電容Cs的一端相連；釋放二極管Dr的負(fù)端與輸出濾波電感Lf2的副邊連接；輸出電感Lf2原邊和副邊的另外一端相連并與輸出電容Cf和輸出負(fù)載Rf相連；輸出電容Cf和輸出負(fù)載Rf的另外一端相連并與電壓源Vsec2、輸出整流二極管104的正端、嵌位電容Cs的一端相連。
其中等效電感Lik是變壓器的漏感、附加電感和布線電感之和；圖7是表示圖4所示的電路的工作時(shí)序圖，脈沖電壓源Vsec2的輸出高電平為VP，VA表示圖4中A點(diǎn)電壓波形，即整流二極管104上的工作電壓波形，VB表示圖4中B點(diǎn)電壓波形，即嵌位電容Cs上的工作電壓波形。在T0時(shí)刻，脈沖電壓源Vsec2變?yōu)楦唠娖?，此時(shí)等效電感Lik通過(guò)嵌位二極管Ds與嵌位電容Cs進(jìn)行諧振，A點(diǎn)和B點(diǎn)電壓升高。T1時(shí)刻諧振結(jié)束，嵌位二極管Ds關(guān)斷，VA和VB達(dá)到最高電壓Vclamp。在T1-T2時(shí)間段，VB電壓保持在Vclamp，而等效電感Lik與周邊電路繼續(xù)諧振，由于能量較小，所以振蕩幅度較小。T2-T3時(shí)間，VB繼續(xù)保持在Vclamp，而VA保持在VP電壓。在T3時(shí)刻脈沖電壓源Vsec2變?yōu)榈碗娖?，輸出電感電流有減小的趨勢(shì)，A點(diǎn)電壓下降，此時(shí)釋放二極管Dr導(dǎo)通，嵌位電容Cs上的能量通過(guò)釋放二極管Dr轉(zhuǎn)移到輸出電感Lf2中，VA和VB的電壓下降。在T4時(shí)刻假設(shè)嵌位電容Cs上的電壓為零(此假設(shè)在后面的分析成立)，電壓源Vsec2的高電平電壓為VP.由于等效電感Lik很小，等效電感中的電流I102很快達(dá)到負(fù)載電流IOUT+Irm(Irm為輸出整流二極管104的反向恢復(fù)電流)在T0-T1時(shí)刻，由于整流二極管104的關(guān)斷，等效電感Lik中由于整流二極管104反向恢復(fù)電流疊加的能量轉(zhuǎn)移到嵌位電容Cs中，以下的關(guān)系式成立Lik×[Iik2-Iout2]2=Cs×Vclamp22]]>通過(guò)優(yōu)化嵌位電容Cs的電容量可以抑制Vclamp電壓。
圖5表示本發(fā)明在橋式整流電路中的應(yīng)用，本發(fā)明所述的抑制二極管反向尖峰電壓的電路是由嵌位二極管Ds、嵌位電容Cs、釋放二極管Dr、輸出濾波電感Lf2組成；整流二極管103、104、105、106組成全橋整流電路；雙極性電壓源Vsec1通過(guò)等效電感Lik連接到整流二極管103的正極和整流二極管104的負(fù)極；雙極性電壓源Vsec1的另外一端連接到整流二極管105的正端和整流二極管106的負(fù)端；整流二極管103的負(fù)端和整流二極管105的負(fù)端相連并與輸出電感Lf2的原邊連接；整流二極管104的正端和整流二極管106的正端相連并和嵌位電容Cs、輸出電容Cf、負(fù)載電阻Rf連接。
圖6表示本發(fā)明在全波整流電路的應(yīng)用，本發(fā)明所述的抑制二極管反向尖峰電壓的電路是由嵌位二極管Ds、嵌位電容Cs、釋放二極管Dr、輸出濾波電感Lf2組成。脈沖電壓源Vsec2的正端通過(guò)等效電感Lik與整流二極管103的正極相連；脈沖電壓源Vsec2的正端通過(guò)等效電感Lik與整流二極管104的正極相連；整流二極管103、104的負(fù)端相連并和嵌位二極管Ds正端、輸出電感Lf2的原邊連接在一起；脈沖電壓源Vsec2、Vsec2的負(fù)端均與嵌位電容Cs、輸出電容Cf輸出負(fù)載Rf的一端連接。
權(quán)利要求
1.一種抑制二極管反向尖峰電壓的電路，包括一個(gè)嵌位二極管Ds、一個(gè)嵌位電容Cs，其特征在于還包括一個(gè)釋放二極管Dr和一個(gè)輸出電感Lf2；所述嵌位二極管Ds的正極接所述輸出電感Lf2的原邊，所述嵌位二極管Ds的負(fù)極與所述嵌位電容Cs相連，嵌位二極管Ds和嵌位電容Cs的連接點(diǎn)與所述釋放二極管Dr的正極連接，釋放二極管Dr的負(fù)極連接所述輸出電感Lf2的副邊，輸出電感Lf2的原邊和副邊的另一端均與負(fù)載的正端相連；所述嵌位電容Cs的另一端與負(fù)載的負(fù)端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的抑制二極管反向尖峰電壓的電路，其特征在于所述的嵌位二極管、嵌位電容、釋放二極管分別由多個(gè)并聯(lián)的嵌位二極管、嵌位電容、釋放二極管構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的抑制二極管反向尖峰電壓的電路，其特征在于嵌位電容Cs的大小由如下公式得到Lik×[Iik2-Iout2]2=Cs×Vclamp22]]>其中Vclamp是嵌位電容Cs上承受的最高電壓；Lik是變壓器的漏感、附加電感和布線電感之和；Iik是所述電感之和Lik中的電流。
全文摘要
一種抑制二極管反向尖峰電壓的電路，涉及一種無(wú)損耗吸收電路；包括一個(gè)嵌位二極管、一個(gè)嵌位電容，其特征在于還包括一個(gè)釋放二極管和一個(gè)輸出電感；所述嵌位二極管的正極接所述輸出電感的原邊，所述嵌位二極管的負(fù)極與所述嵌位電容相連，嵌位二極管和嵌位電容的連接點(diǎn)與所述釋放二極管的正極連接，釋放二極管的負(fù)極連接所述輸出電感的副邊，輸出電感的原邊和副邊的另一端均與負(fù)載的正端相連；所述嵌位電容的另一端與負(fù)載的負(fù)端連接；本發(fā)明對(duì)輸出整流二極管承受的反向電壓能夠有效地控制，提高了變換器的效率；適用于半波整流、全波整流和橋式整流電路。
文檔編號(hào)H02M7/06GK1484369SQ02137130
公開(kāi)日2004年3月24日 申請(qǐng)日期2002年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月21日
發(fā)明者吳永釗, 范愛(ài)珍 申請(qǐng)人:深圳市中興通訊股份有限公司