無損電流吸收網絡

 電流吸收網絡的基本原理是能量存儲在一個電感器中,這個電感器控制著開關管中電流的上升沿?無損電流吸收網絡和對應的有損電流吸收網絡的基本功能是一樣的,與開關管串聯的電感器控制電流的上升沿,所不同的是無損電流吸收網絡每一個周期中電感器中存儲的能量都轉移到輸入端或者輸出端?否則,這些能量將被損耗?

  (1)反激復位電流吸收網絡

  通過給電感器加一繞組,可以把電感器中的能量轉移到任何地方并提供過壓保護,這個保護是通過在開關管上設置導通率和恢復電壓來實現的?圖2-31(a)所示為基本的吸收網絡?圖2-31(b)和圖2-31(c)所示為吸收網絡和一般變換器連接的兩種方法?具體的方法視電路是降壓變換器?反激變換器(如圖2-31(b)所示)或者升壓變換器(如圖2-31(c)所示)而定?有些連接方式可以把能量反饋到輸人端,通常情況下還是把能量轉移到負載中?

圖231電流吸收網絡的基本結構及其與變換器的連接

  這種吸收網絡的設計非常簡單?初級電感量和損耗網絡中的電感量相同?復位過程中,開關管兩端的電壓取決于開關管的導通率及電源適配器或負載的電壓?

  這類吸收網絡的主要問題是初次級電感器之間的漏感,它可能在開關管兩端引起一個大的電壓尖峰?該吸收網絡通常與上升和下降時間長的大功率變換器一起使用,也可以和上升沿控制型吸收網絡中的變換器一起使用?初次級電感器之間通常要加簡單的RC吸收網絡?

  (2)諧振恢復電流型吸收網絡圖2-32(a)所示電路由一般變換器和電流型吸收網絡構成?在這種吸收網絡中,能量被轉換本v2wo°本vD2vD太為變換器的電壓?在鉗位狀態下,進行吸收網絡中的能量恢復?當開關管斷開時,能量被恢復,開關管兩端的電壓(輸入電壓或輸出電壓)被鉗太vDlLI位在變換器中的最高電壓?很明顯,一個簡單二極管可以取代RLD網絡?所以,必須有充分使用RLD網絡的理由?RLD網絡的作用是使吸收網絡電感器中實際流過的電流盡快地減小到(a)b)零?如果使用一個簡單的二極管,開關管將被鉗位?但是,吸收網絡的電感器兩端沒有電壓?所圖2-32請振恢復電流型吸收網絡以,二極管將繼續導通?直到開關管再次導通?這時,二極管作為一個電流吸收部件將不起作用

  圖2-32(a)中的吸收網絡為每一個周期中吸收電感器中電流復位為零提供電壓?開關管電壓在其關斷時鉗位是這個電路的又一個優點?吸收電容器應該較小?因為,吸收電感器能量變化時,電容器電壓會有相應的變化?電容器上電壓的變化使得電感器電流復位到零?可以利用電感器與電容器之間的能量存儲關系計算電容的大小:C= LI/U(2-6)式中:C1—吸收網絡中的電容量;L—電感量;

  1開關管關斷時的電流;U—電容器上的電壓變化量?注意:電容較小時,電壓較大,電感器復位較快?

  復位時間大約是一個諧振周期的1/4:(2-7)式中:t—復位時間;

  L吸收網絡中的電感;

  C1電容?

用于使電容器放電的電感器的值可大可小?如果其值較小,則諧振頻率比開關頻率小?為了抑制半個周期的諧振現象,串聯二極管是非常必要的?L和C諧振將使電容器放電,在放電周期的最后,電容器電壓將遠低于正常值,如同在開始時高于正常值一樣?電感量大意味著諧振頻率高于開關頻率?因為電感器持續導通,二極管可以去掉?電容器上的電壓波形是相似的,但放電波形將是一條直線?惟一的問題是放電電感器和電容器的諧振頻率必須足夠高?這樣,開關管上的瞬間峰值電壓將不會超過它的耐壓值?如果電容器和復位電感器的諧振頻率大于開關頻率,電容器上的電壓可以隨負載電流而變化?必須注意峰值電壓不能超過開關管的額定值?

  例如,圖2-32(a)所示電路,開關管電流是1.0A,串聯電感器的值是40gH?因為開關頻率為100kHIz?所以電感器的恢復時間選為1.0s,電容器的值選為0.01F?電容器的電壓變化值將是63V?恢復網絡的電感器根據以上討論可大可小?

  如圖2-32(b)所示的吸收網絡試圖解決稍不同于圖2-32(a)的問題?開關管導通時,兩個吸收網絡都控制流過開關管中的電流,但圖2-32(b)所示的能量恢復電路可補償二極管的關斷損耗?吸收網絡中的電感器存儲著二極管的反向恢復電荷,它可以使二極管工作在過壓條件下?圖2-32(b)中的吸收網絡循環使用這個能量?

  除工作在鉗位狀態下以外,圖2-32(b)中的吸收網絡的能量恢復部分與圖2-30(b)的電壓吸收網絡一樣?開關管斷開時,吸收網絡開始工作,主二極管VD0將電流傳輸給電感器L0?當開關管導通時,電感器L1中的電流將斜線上升,流過VD的電流將沿斜線下降,最后將達到零而截止?VD0兩端的電壓將不會改變,直到它完全截止?由于在短時間內主電感器電流將不會做有效的變化,VD0反向恢復電流隨著二極管的截止必須流入吸收網絡的電感器L1一旦VD0完全截止,因電感器L1中的電流大于主電感器L0中的電流,電感器L1將使二極管陽極電位為地電位?二極管關斷需要的能量存儲在吸收網絡的電感器中?如圖2-32(b)所示的吸收網絡用于再利用存儲在電感器中剩余能量?在VD0截止以后,電壓降至零,電容器C1通過二極管VD1開始充電?電感器L1中的多余能量將轉移到電容器中?當開關管關斷時,主二極管VDo0將再次導通,吸收網絡放電電感器L2將給吸收網絡電容器反向充電?這樣就給下一個周期做準備,因為能量恢復網絡工作在鉗位模式,電容相對較大,它兩端的電壓將較小?在圖2-32(b)所示的電路中,二極管反向恢復電流的峰值假定為0.5A,吸收電感器的值是401H,能量將在1.01S內轉移到電容器中,所以電容值為0.01yF?二極管上的電壓將達到32V的峰值?恢復時間為2ps的復位電感器可以小些?注意復位時間為半個周期,復位電感器的值是40pH,但是它只承受0.5A的峰值電流?

  4.復位型無損電壓鉗位變換器

  因為該電路必須有一個變壓器,所以必須特別說明?該電路是工作在鉗位模式下的電壓吸收網絡,特別適用于推挽變換器?圖2-33所示為正激變換器電路?圖2-33中的變壓器繞組N1是初級電源適配器繞組?繞組N2是復位繞組,它控制電容器上的電壓并且提供正激變換器需要的磁芯復位?兩個繞組匝數相等,這樣限制變換器最大的占空比為50%?開關管導通時電路開始工作,電容器通過復位繞組充電到Vcc?當開關管關斷時,變壓器漏感和勵磁電感將使開關管電壓超過Vc當開關管兩端電壓達到兩倍的Vc時,二極管VD1導通,變壓器漏感中的o電流將被電容器和二極管鉗位?復位繞組將通過二極管傳導勵磁電流,NI以致變壓器磁芯復位?當開關管導通時,電容器仍然維持從漏感中獲得的能量,將向復位繞組放電,電壓將再次達到Vx?為了抑制電容器與繞組之間的諧振現象,需要給變壓器的復位繞組串聯一個小電阻器?電容器必須足夠大,以很小的電壓變化吸收漏感中的能量?二極管要能夠承圖233正激變換器電路受峰值電流,它的額定電壓至少應是Vo的兩倍?