高频整流电路中的新型电压毛刺无损吸收电路

0 引言

电压毛刺是高频变换器研制和生产过程中的棘手问题，处理得不好会带来许多的问题，诸如：功率管的耐压必须提高，而且耐压越高，其通态电压越大，功耗越大，这不仅使产品效率降低，而且使电路可靠性降低；另外，高频杂音的增加，对环境造成污染；为了达到指标，必须进一步采取措施，结果不仅使产品体积增大，而且使成本增加。解决办法通常是：增加主变压器中各线圈的耦合程度，以减少漏感（例如双线并绕等）；选用结电容小，恢复时间短的优质开关管；增加吸收电路，最常用的是RC吸收电路，这种电路虽结构简单，但是有损的，而且变换器功率越大，需要的C越大，使R上的功耗也越大，导致R的体积很大，其结果是产品中常常装有体积大的电阻电容，使运行环境恶化，整机效率降低。显然这些解决办法不理想，本文将介绍两种无损电压毛刺回收电路。

1 常规RC吸收电路的功耗

RC吸收电路如图1所示，设主变压器一次侧为半桥或全桥电路，二次侧为极性交变的脉宽调制方波，并且带有毛刺，如图2所示。这样在RC串联电路中就有充放电过程，在R上就会有功耗。为分析方便，先不考虑电压毛刺，u_AC的电压波形为极性交变的方波。

图1 高频整流的RC吸收电路

图2 高频调制方波

设某一时刻t=0时u_AC的极性为上正下负，大小为E_o，C上的电压为E_o，极性上负下正，等效电路如图3所示。由电路方程可得

E_o=idt－E_o＋iR

图3 等效电路

由初始条件t=0时，i=2E_o/R，解得i=2E_oe^－t/RC/R。

电阻R上的消耗功率W_R=i²Rdt=2CE_o²

即C上的电压从－E_o→＋E_o变化过程中，R上的功耗为2CE_o²。

充电过程结束最终C上的电压为E_o，极性反转。一个周期内u_AC翻转两次，R上的总功耗为4CE_o²。例如：一个输出为48V的整流器，E_o通常约为150V，频率f取50kHz，电容C取1nF，则R上的功耗W_R=4CE_o²×f=5W。考虑毛刺的因素实际值远大于此值。显然，对于大功率高频率变换器，R上的功耗是相当大的。

2 主变压器二次为桥式整流电路的电压毛刺无损吸收电路

二次为桥式整流电路如图4所示。图中D₁，D₂，D₃，D₄为主整流管；D₁₁及D₁₂为毛刺吸收电路专用二极管。L_o与C_o为主整流电路中的电感和电容；C为毛刺能量储存电容。L，S，D组成毛刺能量转换释放电路。主变压器中绕组CD和脉冲转换电路一起形成S的开关控制脉冲u_gs，与绕组AB形成固定的相位关系。绕组AB的电压u_AB波形与S上的驱动脉冲波形示于图5。

图4 全桥整流电路与电压尖峰吸收电路