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制造技术

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。本发明专利技术用于抑制单级桥式PFC变换器桥臂电压尖峰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有源箝位电路，特别涉及一种抑制单级桥式PFC变换器桥臂电压尖峰的有源箝位电路。
技术介绍
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。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，有源箝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。虽然现有的有源箝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，箝位开关管上会产生很大的冲击电流，以至于损坏箝位开关管。所以，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。
技术实现思路
本专利技术的目的是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，本专利技术提供一种抑制单级桥式PFC变换器桥臂电压尖峰的有源箝位电路。本专利技术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，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。所述现有有源箝位电路包括箝位开关管Sc和箝位电容Cc；箝位开关管Sc的源极同时和PFC变换器中输入电感Lin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S1、开关管S3的漏极连接；箝位开关管Sc的漏极与箝位电容Cc的一端连接，箝位电容Cc的另一端与全桥桥臂
的开关管S2、开关管S4的源极连接。本专利技术的有益效果在于，在现有的有源箝位电路基础上增加了非耗能器件限流电感Lc和二极管Dc，就可以解决现有有源箝位电路应用于单级桥式PFC变换器桥臂电压尖峰抑制时，输入电流过零阶段箝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。附图说明图1为附加现有的有源箝位电路的单级桥式PFC变换器结构图；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；图3为未加电压尖峰吸收电路时A、B之间的电压uAB波形；图4为具体实施方式中的单级桥式PFC变换器工作时序图；图5为附加本具体实施方式的有源箝位电路的单级桥式PFC变换器结构图；图6为本具体实施方式的有源箝位电路工作时A、B之间的电压uAB波形；图7为现有的有源箝位电路工作时，输入电流过零阶段，对臂导通时的等效电路；图8为现有的有源箝位电路工作时，输入电流过零阶段箝位电容电流iSc、桥臂电压uMN和Sc开关信号的波形；图9为本具体实施方式的有源箝位电路工作时，输入电流过零阶段箝位电容电流iSc、桥臂电压uMN和Sc开关信号的波形。具体实施方式结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述的有源箝位电路，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箝位开关管冲击电流问题，具体原理及实施方式如下：一、桥臂电压尖峰产生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箝位电路的单级桥式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L1k上的电流ip和励磁电流相等，相比iL小得多，这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nUo，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：如图3所示是未加桥臂电压尖峰吸收电路时A、B之间的电压uAB波形，存在较大的电压尖峰，所以桥臂电压uMN也会存在较大的电压尖峰。由公式一可知，桥臂电压尖峰的幅值和变压器漏感L1k、开关管结电容Cs、输入电感电流iL和输出电压Uo大小均有关。二、本实施方式的有源箝位电路吸收桥臂电压尖峰：以图4中t0-t6阶段为例说明本实施方式的有源箝位电路对桥臂电压尖峰的抑制作用。如图5所示，本实施方式的有源箝位电路在现有有源箝位电路的基础上增加了限流电感Lc和二极管Dc；现有有源箝位电路包括箝位开关管Sc和箝位电容Cc；箝位电容Cc的一端与箝位开关管Sc的漏极连接，箝位电容Cc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；箝位开关管Sc的源极同时和PFC变换器中输入电感Lin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S1、开关管S3的漏极连接。桥臂直通(t0-t3)时，桥臂电压uMN为0，箝位开关管Sc关断，不参与PFC变换器工作。对臂导通但箝位开关管Sc仍处于关断状态(t3-t4)时，变压器漏感L1k和开关管等效结电容Cs开始谐振，产生电压尖峰，当该电压尖峰高于箝位电容电压uc时，二极管Dc和箝位开关管Sc的反并联二极管就会导通，由于箝位电容Cc的容值相对等效结电容Cs较大，所以电压尖峰可以被箝位电容Cc吸收而不产生电压尖峰。对臂导通且箝位开关管Sc处于开通状态(t4-t5)时，若桥臂电压uMN高于箝位电容电压uc，则uMN会通过二极管Dc和箝位开关管Sc被箝位为uc，若桥臂电压uMN低于箝位电容电压uc，则uMN会通过箝位开关管Sc和限流电感Lc向PFC变换器释放能量，使箝位电容电压uc和nUo保持相等，桥臂之间仍然不会产生电压尖峰。t5-t6阶段与t3-t4阶段类似，不再叙述。如图6所示是本实施方式的有源箝位电路工作时A、B之间的电压uAB波形，对比图3可知，uAB没有电压尖峰，所以桥臂电压uMN也不存在电压尖峰，本实施方式的有源箝位电路能够吸收桥臂电压尖峰。三、本实施方式的有源箝位电路解决输入电流过零阶段箝位开关管冲击电流问题：在现有的有源箝位电路中，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还远未达到箝位电容电压uc(uc＝nUo)，甚至为0，变压器副边二极管D1、D2截止，无法向副边传递能量；此后，箝位开关管Sc开通，代替输入电感Lin为PFC变换器提供能量。箝位开关管Sc开通瞬间，由于箝位电容电压uc和桥臂电压uMN存在很大的电压差Δu，其表达式可用公式二表示，其中死区时间Tz1＝t4-t3＝t10-t9。Δu＝nUo-(iLTz1/Cs) 公式二而回路等效电阻Req1很小，因此，箝位开关管Sc上会存在极大的冲击电流，冲击电流峰值iic可近似用公式三表示：图8是输入电流过零阶段箝位开关管Sc中的电流ics、Cs两端电压uMN(桥臂电压)和箝位开关管Sc的开关信号波形本文档来自技高网...

【技术保护点】
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Lc和二极管Dc；限流电感Lc和二极管Dc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。

【技术特征摘要】
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Lc和二极管Dc；限流电感Lc和二极管Dc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...

【专利技术属性】
技术研发人员：贲洪奇，黄奕毅，王韦琦，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23