一种抑制二极管整流电压尖峰的设计方法及电路与流程

本发明涉及功率变换领域，尤指一种抑制二极管整流电压尖峰的设计方法及电路。

背景技术：

当功率变换装置功率容量较大，二极管峰值整流电流较高时，二极管反向截止时会由于其反向恢复电流在线路寄生电感上形成上冲电压尖峰，该效应可能导致二极管尖峰电压是工作电压1.5倍甚至更高，使其超过二极管极限耐压，或严重降低二极管使用的降额等级，降低产品可靠性。

如图1所示，为典型半桥功率变换器拓扑，对于次级整流二极管在不做任何处理时其工作电压如图2所示，很明显二极管上升沿伴随明显的寄生阻尼震荡，导致相对于后方平台电压显著的电压上冲。

为此，本领域技术人员研究了很多种前沿尖峰的一些抑制方法，例如选用软恢复特性的肖特基二极管，或采用在整流管前串联电感的方法比较有效，或在开关管整流管的磁珠。磁芯材料选用对高频振荡呈高阻抗衰减特性的铁氧体材料，等。也有在次级侧接入rc吸收回路可进一步减小前沿尖峰的幅值，降低二极管恢复过程中的振荡频率。或者多个整流二极管并联；适当增大整流二极管的电流容量，可相对减小反向恢复时的关断时间，限制反向短路电流的数值，可抑制电流尖峰和降低导通损耗。

但是这些方法受各种条件制约，或者效率偏低、或者耗能高、发热大。为此本发明提供了一种新的方法，其应用于功率变换装置次级整理二极管的电压尖峰的抑制，以将电压尖峰能量回收，避免传统耗能型吸收电路部分元件的剧烈发热，同时能提高整体转换效率。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明主要目的在于，提供一种抑制二极管整流电压尖峰的设计方法及电路，以实现对于整个功率变换器输出电压范围而言，能随输出电压自适应调整钳位电压。

为实现上述目的，本发明提供了一种抑制二极管整流电压尖峰的设计方法,该方法借助电压抑制电路通过有源回馈效应，将电压尖峰能量回收，并将二极管瞬态电压尖峰能量转移到尖峰后电压平台时期，并随输出电压自适应调整钳位电压。其是借助于将二极管瞬态电压尖峰能量转移到尖峰后电压平台时期，实现对于整个功率变换器输出电压范围而言，能随输出电压自适应调整钳位电压，同时本发明在电压钳位过程中通过有源回馈效应，将电压尖峰能量回收，避免了传统耗能型吸收电路部分元件的剧烈发热，同时提高了整体转换效率，对于大功率容量的变换器优势更为明显。

本发明还提供了一种抑制二极管整流电压尖峰的电路,可使用上述方法，其可为电压型变换功率电路或增益比恒定功率变换电路，包含：电压抑制电路，所述电压抑制电路是将位于次级输出的吸收电容电压重新回馈至二极管整流输出端实现二极管瞬态电压尖峰能量转移，构成有源回馈效应，以将电压尖峰能量回收，并将二极管瞬态电压尖峰能量转移到尖峰后电压平台时期，并随输出电压自适应调整钳位电压。

进一步的，较佳的是，该方法可应用于任何输出整流需要滤波电感的功率变换装置。而所述电压抑制电路可以是电压型变换功率电路或增益比恒定功率变换电路。

进一步的，较佳的是，其是将位于次级输出的吸收电容电压通过一个电压抑制电路重新回馈至二极管整流输出端实现二极管瞬态电压尖峰能量转移。

进一步的，较佳的是，所述电压抑制电路的开关管驱动与主功率回路驱动信号是同步的，以防止发生共通短路而损坏。

进一步的，较佳的是，所述电压抑制电路的变压器变比需要略大于1，避免因出现电路工作处于短路状态而烧毁。

进一步的，较佳的是，所述功率变换电路的次级输出端通过限流电阻和隔离二极管与吸收电容正极连接，对所述吸收电容充电，所述吸收电容负极接地，吸收电容电压通过一个逆变整流电路重新回馈至二极管整流输出端，所述逆变整流电路为电压型变换电路或增益比恒定变换电路。

进一步的，较佳的是，所述逆变整流电路为全桥或半桥电路，其具有一个耦合变压器(t2)和数个整流二极管构成的整流电路，该整流电路输出与二极管整流输出端相连。

进一步的，较佳的是，所述逆变整流电路为全桥或半桥电路，其输出通过主变压器上的一个辅助绕制作为能量回馈初级，将主功率回路的整流二极管作为回馈次级整流。

本发明有益效果在于，借助上述技术方案，本发明主要是借助于将二极管瞬态电压尖峰能量转移到尖峰后电压平台时期，实现对于整个功率变换器输出电压范围而言，能随输出电压自适应调整钳位电压，同时本发明在电压钳位过程中通过有源回馈效应，将电压尖峰能量回收，避免了传统耗能型吸收电路部分元件的剧烈发热，同时提高了整体转换效率，对于大功率容量的变换器优势更为明显。

附图说明

图1为典型半桥功率变换器拓扑。

图2为图1对于次级整流二极管在不做任何处理时的工作电压示意图。

图3，是本发明的一种抑制二极管整流电压尖峰的设计方法在图1的原始电路中增加了方框内所示的电压抑制电路的第一实施例示意图。

图4为本发明的另一具体实施例。

图5其为使用本发明以后二极管电压上冲电压波形。

其中：

vin直流输入电压

pwm脉宽调制信号

l1滤波

vout直流输出

vd上冲电压。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围(此处的具体实施例是仅以半桥拓扑为例，本领域技术人员可以理解的是，对于输出整流需要滤波电感任意拓扑本发明的方案均适用)。

本发明的一种抑制二极管整流电压尖峰的设计方法，在图1所示的电路中，为了抑制图2所示电压尖峰，本发明如图3所示，是在图1的原始电路中增加了方框内所示的电压抑制电路，本发明通过全桥电路将吸收电容的电压重新回馈至二极管整流输出端，同时该电压抑制电路的开关管驱动需要与主功率回路驱动信号同步，以防止发生共通短路而损坏元器件。该电压抑制电路需要注意其变压器变比需要略大于1，否则会导致电路工作处于短路状态而烧毁。这里需要注意该电压抑制电路的全桥模式仅是作为实例，任何电压型变换电路或增益比恒定电路都可以通过简单变更而替代该部分电路，均可视为本发明的变形。

图4为本发明的另一具体实施例，在该具体实施例中，是将图3中电压抑制电路的耦合变压器t2和对应的整流二极管去掉，使用主变压器上的一个辅助绕制作为能量回馈初级，将主功率回路的整流二极管作为回馈次级整流，该方案有利于产品实现的集约化，同时由于辅助绕组仅用做实现能量回馈通路，故可以使用较细的线径，因而对主功率变压器体积几乎不会产生影响。

与图3所示的具体实施例相同的是，为了防止工作短路，辅助绕组匝数须要比主功率次级绕组匝数稍多一些，以实现回馈变比略大于1的效果。由于主功率变压器功率容量大，内阻低，该方案对于大功率应用场合的尖峰抑制效果更优。

请参见图5所示，其为使用本发明以后二极管电压上冲电压波形，与图2对比可知，本发明能有效削弱上冲电压，消减幅度可达90％。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。