移相全桥变换电路尖峰产生及抑制机理研究

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

移相全桥变换电路尖峰产生及抑制机理研究

作者：傅文珍 周丰

来源：《科技创新导报》2011年第05期

摘 要：本文分析了应用于焊接和通信技术电源的移相全桥变换器电压、电流尖峰产生机理及抑制措施； 进一步总结了几种常见电压、电流尖峰抑制措施，并结合1.8KW通信电源的实验证明加缓冲电容器抑制电压尖峰的有效性。

关键词：移相全桥变换器 电压尖峰 电流尖峰 抑制措施

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)02(b)-0042-02 引言

传统移相全桥DC/DC变换器软开关实现靠变压器漏感和开关管寄生电容。这种电路简单易实现但仍存在缺陷：如轻载时滞后桥臂难于实现ZVS、占空比丢失严重等。改进全桥电路拓扑有NhoE.C.电路[1]，ChenK电路[2]，原边加隔直电容和饱和电感FB-ZVZCS-PWM[3]，副边有源箝位开关FB-ZVZ CS-PWM[4]，带输入滤波电感全桥电路[5]等。

随着软开关技术和高频技术发展，对开关器件高效性提出更高要求。效率可用输入输出电压电流计算。因此，减少开关管电压电流尖峰可以有效减少开关损耗。尽管改进方法不断，但还不能满足需要，特别在高频切换下MOSFET自身寄生电感电容，变压器涡流等使全桥变换器工作十分复杂，从而引起电压和电流尖峰。 1 电压尖峰产生机理

分析电压尖峰产生机理，主要有以下几种：

(1)开关管通断引起电压尖峰：移相全桥变换电路如图，Lp是线路引线寄生电感，Q1-Q4为开关管，D1-D4为开关体二极管，C1-C4为开关寄生电容。 如图1所示。

Q1，Q4导通时，电流由Vin正端经Lp，Q1，TX1，Q4到Vin负端。当Q1，Q4关断时，变压器原边电流IL不能突变，必经过D3，D2回到Vin。这时引线电感Lp电流iP从+iL到-iL变化，即变化很大，在Lp上产生一负压降：，尽管Lp不大，但τ很小，变压器原边电流IL又较大，故Vp很大，所以Q1、Q4关断时漏源两端电压Uds=Vin-Vp,将比Vin高得多，即产生电压尖峰。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

(2)开关管体二极管引起电压尖峰：开关管导通，体二极管承受反压而关断。体二极管一般为慢恢复型，承受很小反压下，开关关断之前很难抽走反向电荷，此剩余电荷将通过开关管结电容产生一压降，从而产生电压尖峰。

(3)副边整流二极管电压尖峰：如图1，Lr为变压器漏感，参与谐振。为实现滞后桥臂ZVT，在滞后桥臂中点和漏感之间再串联一个较大辅助谐振电感，使得原边电感量加大。Q1、Q4关断时，漏感和辅助谐振电感与其自身等效电容、变压器等效电容发生谐振，在副边二极管关断时产生高的电压尖峰。 2 电流尖峰产生机理

开关管电流尖峰主要由副边二极管反向恢复电流和谐振电流叠加造成。图1中，Q1、Q4由开通到关断，Q2、Q3由关断到开通换流，DR2反偏，但它无法由原来导通状态立即截止。二极管反向电流过变压器次级，正向流过DR1，反向流过DR2，造成变压器二次绕组短路。此副边绕组短路电流映射到原边为：Ip=Io/N(N为变比，Io为反向电流)，反向恢复电流越大，映射到原边电流也越大，造成变压器初级电流尖峰及开关管Q2、Q3两端开通电流尖峰。同理，Q1、Q4也在开通时承受DR1反向电流尖峰 3 电压尖峰抑制机理

(1)主电路原边并联缓冲电容器:根据2.1节分析，移相全桥功率变换电路中大量寄生电感导致开关关断时产生一个很大的和输入电压Vin串联加在开关管两端，使得开关管漏源电压出现电压尖峰。针对此类电压尖峰，在图1LP之后的电源两端并联缓冲电容，设为C1。忽略损耗，从开关管关断时刻t0起，寄生电感和缓冲电容工作在谐振状态。 (1) (2)

整理得：其中，，。缓冲电容与开关并联，电容两端电压即为开关关断时电压峰值。uC1(t)计算式可以看出电容电压与以下参数有关：1)关断前流过开关管的电流IL0越大，电压尖峰越大；2)电容C1越大，谐振频率越低，阻抗越低，电压尖峰越小；3)引线电感LP越大，谐振频率越低，由此产生电压尖峰越大。关断电流IL0，引线电感LP基本确定，只能改变电容参数来改变电压尖峰。因谐振电流较大，实际电路不仅要考虑电容容量大小还要考虑其温度特性和损耗。一般选低ESR和温度特性较好且容量大的电解电容。

(2)屏蔽体二极管：慢恢复体二极管引起开关管关断电压尖峰，用两个快恢复二极管将体二极管屏蔽，其中一个与开关管并联，一个串联。在开关管开通时，反向恢复由外接快恢复二极管实现。这种方法对防止体二极管反向恢复产生的电压尖峰简单有效。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/s7fd.html