软开关有源吸收电路制造技术

本发明专利技术是用于电力电子开关应用的一个软开关元件。这个软开关元件包括一个主开关元件和一个软开关有源吸收电路。有源吸收电路为主开关元件和有源吸收电路中的一个附加开关提供软开关特性，保证了高效、可靠的电路工作。有源吸收电路通过附加控制可实现智能化软开关元件。本发明专利技术的软开关元件可作为一个高效、可靠、通用和智能功率开关用于任何使用功率开关的应用中，并可作为电力电子的标准元件串联和并联使用。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于减小开关电路开关应力的吸收电路。更具体地讲是用于任何电力开关应用中的一个开关元件和一个高效、可靠的软开关有源吸收电路。吸收电路被用来减小开关元件的开关应力。开关应力包括电流冲击、电压尖峰和开关损耗。开关损耗包括开关开通时的开通损耗和开关关断时的关断损耗。电流冲击发生在开关元件导通时，由续流二极管的反向恢复电流造成。电压尖峰是由于布线和电路中的杂散电感，在开关元件关断时产生。一个完整的吸收电路包括两个部分开通吸收器，在开关开通，电流开始增加前，允许开关两端的电压迅速下降，其结果是，使由于电压和电流交叉产生的开通损耗显著减小，它还限制了电流的上升率，从而也减小了电流冲击；关断吸收器，通过限制电压的上升率来减小开关的关断损耗和电压尖峰。在任何吸收电路中有至少两个基本部件吸收和复原部件，开通吸收器中最简单的吸收部件为一个与开关元件串联的电感；关断吸收器中最简单的吸收部件为一个与开关元件并联的电容。大多数吸收电路是以复原部件的不同来区分。传统的消耗型吸收电路，如以电阻、电容和二极管组成的RCD吸收电路，用电阻来消耗吸收部件所吸收的能量，使其在下一个工作周期前复原。这种吸收电路减小了开关元件关断时的关断损耗和电压尖峰。但这是以高功率损耗为代价，所以不适合于大功率、高频率的电力变换应用中。美国专利说明书U.S.5,055,990描述了另一种消耗型吸收电路，它使用一个齐纳二极管作为消耗元件。该吸收电路抑制了开关元件的尖峰电压，但并不能减小开关损耗。其它的一些吸收电路使用无损耗、无源复原元件。其中具有代表性的，在文献“晶体管变换器中低损耗吸收技术综述”，IEEE PESC 1982会议录第466至477页；“无损耗关断吸收电路应用于一正激变换器分析、设计步骤和实验验证”，PCI 1985十月会议录第54至68页；美国专利说明书U.S.5,260,607和4,977,493中已详细描述。所有这些吸收电路存在一共同缺点，它们的关断吸收部件并不是直接跨接在开关元件上。由于体积和线路杂散电感的限制，在大功率高频电力变换应用中这不是一个理想的特性。美国专利说明书U.S.5,075,838详细描述了另一种使用无源复原元件的吸收电路。虽然其吸收部件是直接跨接在开关元件上，它的应用只局限于低频大功率半桥型电路。这是因为在其一最好方式中，一个只有1.4伏复原电压的变压器需要很长的复原时间。虽然在另一个最好方式中，变压器的初级串接了一个电容来加速复原过程，但是这个电容本身还需要一个与其并联的电阻来消耗掉它所吸收的能量。这个能量损耗使其不适合于高频电力变换应用。美国专利说明书U.S.4,899,270描述了又一种不同的方法。在这个电路中，由于吸收电路与电力变换电路被集成在一起，其中的二极管和电容的额定标称值达到了变换电路的满功率值。另外这个电路也不提供能减小开关损耗的软开关特性。许多有源吸收电路，为解决上述无源吸收电路中存在的各种问题被提出。有源吸收电路在吸收部件或复原部件中包含有一个或多个附加开关元件。美国专利说明书U.S.5,130,917介绍了一种含有源吸收部件的吸收电路。在绝大多数吸收电路中，当主开关元件关断时，切换到吸收部件的电流最大可达满负载电流值。由于吸收电路的目的是减小主开关元件的开关应力，如果吸收电路中的附加开关元件也需承受满负载电流，吸收电路将不切实际，至少不是最优化的。在文献“晶体管变换电路低损耗吸收技术综述”，IEEE PESC 1982会议记录，第466至477页，以及美国专利说明书U.S.4,438,486和5,379,206中，详细描述了其它一些使用有源复原部件的吸收电路。这些电路复原部件中都使用了一个附加开关元件来回收吸收部件吸收的能量。虽然这个附加开关元件中的电流远小于满负载电流，但附加开关上的应力和其可靠性又成为一个新的问题焦点。为此，许多具有减小附加开关应力的软开关吸收电路应运而生。文献“用于高频开关应用的开关型吸收电路”，IEEE PESC 1990会议记录，第181至188页中所描述的一个软开关有源吸收电路代表了一种类型的软开关有源吸收电路。但其中，吸收电路中的能量没有极小化。吸收电路附加开关中的峰值电流最高可达到满负载电流。为保持主开关和附加开关的软开关特性，续流二极管中的电流被加倍。同时一个较大的，不属于电力变换电路固有运作的反向电流被引入到主开关元件中，导致主开关元件有效使用率下降。美国专利说明书U.S.5,235,501描述了一个将吸收电路及其工作与电力变换电路有机集成在一起的软开关电力变换电路。其中，各个主开关元件在完成电力变换功能的同时，相互之间创造软开关条件，并且吸收电路中的能量被极小化。但也是由于这种特殊的依存关系，决定了这类电路只适用于一些有限的应用中。同时这种软开关电路保持软开关特性的工作范围也是有限的。如果失去软开关条件，开关元件的可靠性将再次成为不可忽视的问题。文献“有源输入电流波形整形方法在零开关损耗三相二极管整流器中的应用”，IEEE IAS年会，1991会议记录，第932至938页所描述的一个软开关有源吸收电路中，两个隔离二极管被用来防止主开关元件对吸收电容进行自放电，同时也为两个主开关元件创造了软开关条件。但因为两个二极管处于主电流回路中，在大功率电路应用中，将增加损耗和电路组装难度。因此，任何吸收电路部件都不应放在主电流回路中。美国专利说明书U.S.5,414,613我以前的专利技术中，提出了一个新的软开关有源吸收电路。它解决了以上吸收电路中存在的各种问题。但由于其复原电路的要求，它的最佳应用是工作在不连续导电模式下的电力变换电路。同时，因为吸收电路中附加开关元件的软开关条件并不是由吸收电路自己的部件所提供，使这种吸收电路的应用范围局限在有限种类的电力变换电路中。据此，一个最优化的吸收电路应该包括开通和关断吸收部件。它的工作不应依赖于电力变换电路中的其它部件。所有开关元件，不论是主开关元件还是吸收电路中的附加开关元件都应具有软开关特性。吸收电路中的能量应被极小化。关断吸收部件应直接连接在开关元件上，同时所有吸收电路的部件都不应在主电流回路中。最后，吸收电路应可靠工作在任何工作状态下。本专利技术的目的是提供一个优化的吸收电路，它将是一个通用的、高效的、可靠的和智能的吸收电路。本专利技术的另一个目的是提供一个软开关器件，它可以被用于任何使用开关器件的应用中。在以下的详细描述和图示中，本专利技术的目的和有益效果将得到进一步的体现。本专利技术通过提供一个可用于任何开关器件和电力电子电路中的软开关有源吸收电路，克服了现有技术中的问题和不足。本专利技术的软开关有源吸收电路包括一个整流器和一个电容，整流器与电容串接后，并联在一主开关元件上，为其提供软开关特性；一个软开关有源复原部件连接在整流器和电容上，其中一个电感与一个附加开关元件串接后并接在整流器上，为电容复原提供了一个可控放电回路；一个嵌位二极管连接在电感与附加开关元件的连接点和电容与主开关元件的连接点之间，为附加开关元件提供了一个软开关关断条件，同时也为回收电容放电过程中转移到电感中的能量提供了一条通路。本专利技术另一实施例中还包括一个开通吸收器，其中有一个第二电感与主开关元件串接，一个循环二极管并接到主开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软开关有源吸收电路，包括：一个电容（６４）与一个整流器（６２）串联，并联在一个主开关元件（５２）上，为其减小开关应力；软开关有源复原电路（７０），具有第一端点（７３）、第二端点（７５）和第三端点（７７），其中：第一端点连接在主开关元 件（５２）与整流器（６２）的连接点；第二端点连接在电容（６４）与整流器（６２）的连接点，为电容（６４）提供了一条可控放电通路；第三端点连接在主开关（５２）与电容（６４）的连接点，提供了一条能量回收通路；其特征是：软开关有源复原电路为电容 （６４）提供一可控的放电与能量回收过程，使软开关有源吸收电路高效和可靠地减小了主开关元件（５２）的开关应力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈可民，
申请(专利权)人：陈可民，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]