一种抑制单级桥式pfc变换器桥臂电压尖峰的有源箝位电路的制作方法

文档序号:10615475
一种抑制单级桥式pfc变换器桥臂电压尖峰的有源箝位电路的制作方法
【专利摘要】一种抑制单级桥式PFC变换器桥臂电压尖峰的有源箝位电路,为了解决现有的有源箝位电路输入电流过零阶段箝位开关管冲击电流,或现有电压尖峰抑制电路消耗能量大、电路结构复杂的问题。包括现有有源箝位电路、限流电感Lc和二极管Dc;限流电感Lc和二极管Dc并联,串接在现有有源箝位电路和单级桥式PFC变换器的全桥桥臂之间。本发明用于抑制单级桥式PFC变换器桥臂电压尖峰。
【专利说明】
-种抑制单级桥式PFC变换器桥臂电压尖峰的有源箱位电路
技术领域
[0001] 本发明设及一种有源巧位电路,特别设及一种抑制单级桥式PFC变换器桥臂电压 尖峰的有源巧位电路。
【背景技术】
[0002] 由于单级桥式PFC变换器中变压器存在漏感,该变换器在由桥臂直通状态切换至 对臂导通状态时,在桥臂两端会产生电压尖峰(即桥臂电压尖峰)。如果不采取抑制措施,将 大大增加开关器件的电压应力,影响变换器的正常工作。
[0003] 在现有的桥臂电压尖峰吸收电路中,RCD吸收电路最为简单可靠,但比无损吸收电 路消耗的能量多;LCD无源无损吸收电路和辅助反激变换器吸收的方法结构较复杂,设计繁 琐;相比之下,有源巧位吸收电路虽然使用了有源器件,但其原理简单、实现容易,也没有额 外的损耗。
[0004] 虽然现有的有源巧位电路在一定条件下能够吸收单级桥式PFC变换器桥臂电压尖 峰,但在使用过程中发现仍存在如下问题:在输入电压瞬时值较低、输入电流过零阶段,巧 位开关管上会产生很大的冲击电流,W至于损坏巧位开关管。所W,前述方法均不能很好地 解决单级桥式PFC变换器桥臂电压尖峰问题。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的是为了解决现有的有源巧位电路输入电流过零阶段巧位开关管冲 击电流和现有电压尖峰抑制电路消耗能量大、电路结构复杂的问题,本发明提供一种抑制 单级桥式PFC变换器桥臂电压尖峰的有源巧位电路。
[0006] 本发明的一种抑制单级桥式PFC变换器桥臂电压尖峰的有源巧位电路,包括现有 有源巧位电路、限流电感Lc和二极管Dc;
[0007] 限流电感Lc和二极管Dc并联,串接在现有有源巧位电路和单级桥式PFC变换器的全 桥桥臂之间。
[000引所述现有有源巧位电路包括巧位开关管Sc和巧位电容Ce;
[0009]巧位开关管Sc的源极同时和PFC变换器中输入电感kn的一端、限流电感Lc的一端、 二极管Dc的阴极相连,限流电感Lc的另一端、二极管Dc的阳极和全桥桥臂的开关管Si、开关 管S3的漏极连接;
[0010] 巧位开关管Sc的漏极与巧位电容Ce的一端连接,巧位电容Ce的另一端与全桥桥臂 的开关管S2、开关管S4的源极连接。
[0011] 本发明的有益效果在于,在现有的有源巧位电路基础上增加了非耗能器件限流电 感Lc和二极管Dc,就可W解决现有有源巧位电路应用于单级桥式PFC变换器桥臂电压尖峰抑 制时,输入电流过零阶段巧位开关管冲击电流问题,或现有电压尖峰抑制电路消耗能量大、 电路结构复杂的问题。整个方案原理简单,实现容易,无额外损耗,是一种合适、可行的方 法。
【附图说明】
[0012] 图1为附加现有的有源巧位电路的单级桥式PFC变换器结构图;
[0013] 图2为未加电压尖峰吸收电路时对臂导通状态产生桥臂电压尖峰的等效电路图;
[0014] 图3为未加电压尖峰吸收电路时A、B之间的电压UAB波形;
[0015] 图4为【具体实施方式】中的单级桥式PFC变换器工作时序图;
[0016] 图5为附加本【具体实施方式】的有源巧位电路的单级桥式PFC变换器结构图;
[0017] 图6为本【具体实施方式】的有源巧位电路工作时A、B之间的电压UAB波形;
[0018] 图7为现有的有源巧位电路工作时,输入电流过零阶段,对臂导通时的等效电路;
[0019] 图8为现有的有源巧位电路工作时,输入电流过零阶段巧位电容电流is。、桥臂电压 UMN和Sc开关信号的波形;
[0020] 图9为本【具体实施方式】的有源巧位电路工作时,输入电流过零阶段巧位电容电流 i Sc、桥臂电压UMN和Sc开关信号的波形。
【具体实施方式】
[0021] 结合图1至图9说明本实施方式,本实施方式所述的有源巧位电路,该电路用于抑 制单级桥式PFC变换器桥臂电压尖峰,并解决输入电流过零阶段巧位开关管冲击电流问题, 具体原理及实施方式如下:
[0022] -、桥臂电压尖峰产生
[0023] 若未加桥臂电压尖峰吸收电路,如图1所示的附加现有的有源巧位电路的单级桥 式PFC变换器原理示意图,当变换器由桥臂直通状态切换到对臂导通状态时,由于输入侧电 感电流iL较大,而漏感biJ:的电流ip和励磁电流相等,相比iL小得多,运会导致桥臂之间产 生谐振电压尖峰。如果将输入电感等效为电流源iL,两个关断的开关管并联的等效结电容 为Cs,等效的反并联二极管为Ds,变压器副边等效到变压器原边为电压源nU。,则可得到图2 所示的对臂导通状态的等效电路,根据谐振过程等效电路可求得桥臂电压的表达式如下:
[0024]
公式…
[0025] 如圈3所不是禾加祈臂电压失峰吸收电路时A、B之间的电压UAB波形,存在较大的电 压尖峰,所W桥臂电压UMN也会存在较大的电压尖峰。
[0026] 由公式一可知,桥臂电压尖峰的幅值和变压器漏感^!^、开关管结电容Cs、输入电感 电流iL和输出电压U。大小均有关。
[0027] 二、本实施方式的有源巧位电路吸收桥臂电压尖峰:
[0028] W图4中t〇-t6阶段为例说明本实施方式的有源巧位电路对桥臂电压尖峰的抑制作 用。
[0029] 如图5所示,本实施方式的有源巧位电路在现有有源巧位电路的基础上增加了限 流电感Lc和二极管Dc;
[0030] 现有有源巧位电路包括巧位开关管Sc和巧位电容Ce;
[0031] 巧位电容Ce的一端与巧位开关管Sc的漏极连接,巧位电容Ce的另一端同时与PFC变 换器中全桥桥臂开关管S2、开关管S4的源极连接;巧位开关管Sc的源极同时和PFC变换器中 输入电感以。的一端、限流电感Lc的一端、二极管Dc的阴极连接;限流电感Lc的另一端和二极 管Dc的阳极连接,再同时与PFC变换器中全桥桥臂开关管Si、开关管S3的漏极连接。
[0032] 桥臂直通(t〇-t3)时,桥臂电压UMN为0,巧位开关管S。关断,不参与PFC变换器工作。
[0033] 对臂导通但巧位开关管Sc仍处于关断状态(t3-t4)时,变压器漏感Lik和开关管等效 结电容Cs开始谐振,产生电压尖峰,当该电压尖峰高于巧位电容电压Uc时,二极管Dc和巧位 开关管Sc的反并联二极管就会导通,由于巧位电容Cc的容值相对等效结电容Cs较大,所W电 压尖峰可W被巧位电容C。吸收而不产生电压尖峰。
[0034] 对臂导通且巧位开关管Sc处于开通状态(t4-t5)时,若桥臂电压UMN高于巧位电容电 压Uc,则UMN会通过二极管Dc和巧位开关管Sc被巧位为Uc,若桥臂电压UMN低于巧位电容电压 Uc,则咖N会通过巧位开关管Sc和限流电感Lc向PFC变换器释放能量,使巧位电容电压Uc和nU。 保持相等,桥臂之间仍然不会产生电压尖峰。
[00对 t日-t6阶段与t3-t4阶段类似,不再叙述。
[0036] 如图6所示是本实施方式的有源巧位电路工作时A、B之间的电压UAB波形,对比图3 可知,UAB没有电压尖峰,所W桥臂电压UMN也不存在电压尖峰,本实施方式的有源巧位电路 能够吸收桥臂电压尖峰。
[0037] =、本实施方式的有源巧位电路解决输入电流过零阶段巧位开关管冲击电流问 题:
[0038] 在现有的有源巧位电路中,输入电流过零阶段,如图7所示为该情况下的等效电 路,对臂导通后,输入电感电流iL给等效结电容Cs充电,Cs两端电压逐渐升高,但由于电感电 流iL会随着充电过程而降低,当电感电流降至0时,等效结电容Cs两端电压UMN还远未达到巧 位电容电压Uc(Uc = nU。),甚至为0,变压器副边二极管化、化截止,无法向副边传递能量;此 后,街位开关管Sc开通,代替输入电感Lin为PFC变换器提供能量。街位开关管Sc开通瞬间,由 于巧位电容电压Uc和桥臂电压咖N存在很大的电压差Au,其表达式可用公式二表示,其中死 区时间 Tzl = t4-t3 = tl〇-t9。
[0039] Au = nU〇-(iLTzi/Cs)公式二
[0040] 而回路等效电阻Reql很小,因此,巧位开关管Sc上会存在极大的冲击电流,冲击电 流峰值il。可近似用公式=表示:
[0041 ]
公式 H
[0042] 图8是输入电流过零阶段巧位开关管Sc中的电流ics、Cs两端电压UMN(桥臂电压)和 巧位开关管Sc的开关信号波形,在巧位开关管Sc开通前,UMN还未达到nU。; Sc开通瞬间,巧位 开关管S。上有极大的冲击电流。如不采取抑制措施,尽管冲击电流持续时间很短,巧位开关 管Sc还是容易因过流而损坏。
[0043] 在本实施方式的有源巧位电路中,在输入电流过零阶段,巧位开关管S。开通瞬间, 巧位电容Cc向后续电路释放能量时,由于限流电感Lc的存在,而电感Lc上的电流不能突变, 所W巧位开关管S。不会存在峰值很大的冲击电流。改进的有源巧位电路工作时,巧位开关 管上的电流波形如图9中isc所示,对比图8可知,巧位开关管Sc上已没有冲击电流,本实施方 式的有源巧位电路能够解决输入电流过零阶段巧位开关管Sc上的冲击电流问题。
【主权项】
1. 一种抑制单级桥式PFC变换器桥臂电压尖峰的有源箝位电路,其特征在于,包括现有 有源箝位电路、限流电感U和二极管D c; 限流电感L。和二极管D。并联连接,串接至现有有源箝位电路和单级桥式PFC变换器的全 桥桥臂之间。2. 根据权利要求1所述的一种抑制单级桥式PFC变换器桥臂电压尖峰的有源箝位电路, 其特征在于,所述现有有源箝位电路包括箝位开关管S。和箝位电容C。; 箝位开关管S。的源极同时和PFC变换器中输入电感Un的一端、限流电感L。的一端、二极 管D。的阴极相连,限流电感L。的另一端、二极管D。的阳极同时和全桥桥臂的开关管Si、开关 管S3的漏极连接; 箝位开关管S。的漏极与箝位电容C。的一端连接,箝位电容C。的另一端同时与全桥桥臂 开关管S2、开关管S4的源极连接。
【文档编号】H02M1/34GK105978314SQ201610528368
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】贲洪奇, 黄奕毅, 王韦琦
【申请人】哈尔滨工业大学
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