無損電流吸收網(wǎng)絡(luò)

 電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本原理是能量存儲在一個(gè)電感器中,這個(gè)電感器控制著開關(guān)管中電流的上升沿?無損電流吸收網(wǎng)絡(luò)和對應(yīng)的有損電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本功能是一樣的,與開關(guān)管串聯(lián)的電感器控制電流的上升沿,所不同的是無損電流吸收網(wǎng)絡(luò)每一個(gè)周期中電感器中存儲的能量都轉(zhuǎn)移到輸入端或者輸出端?否則,這些能量將被損耗?

  (1)反激復(fù)位電流吸收網(wǎng)絡(luò)

  通過給電感器加一繞組,可以把電感器中的能量轉(zhuǎn)移到任何地方并提供過壓保護(hù),這個(gè)保護(hù)是通過在開關(guān)管上設(shè)置導(dǎo)通率和恢復(fù)電壓來實(shí)現(xiàn)的?圖2-31(a)所示為基本的吸收網(wǎng)絡(luò)?圖2-31(b)和圖2-31(c)所示為吸收網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)移到負(fù)載中?

圖231電流吸收網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)及其與變換器的連接

  這種吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)非常簡單?初級電感量和損耗網(wǎng)絡(luò)中的電感量相同?復(fù)位過程中,開關(guān)管兩端的電壓取決于開關(guān)管的導(dǎo)通率及電源適配器或負(fù)載的電壓?

  這類吸收網(wǎng)絡(luò)的主要問題是初次級電感器之間的漏感,它可能在開關(guān)管兩端引起一個(gè)大的電壓尖峰?該吸收網(wǎng)絡(luò)通常與上升和下降時(shí)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)?

  (2)諧振恢復(fù)電流型吸收網(wǎng)絡(luò)圖2-32(a)所示電路由一般變換器和電流型吸收網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成?在這種吸收網(wǎng)絡(luò)中,能量被轉(zhuǎn)換本v2wo°本vD2vD太為變換器的電壓?在鉗位狀態(tài)下,進(jìn)行吸收網(wǎng)絡(luò)中的能量恢復(fù)?當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí),能量被恢復(fù),開關(guān)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(gè)簡單二極管可以取代RLD網(wǎng)絡(luò)?所以,必須有充分使用RLD網(wǎng)絡(luò)的理由?RLD網(wǎng)絡(luò)的作用是使吸收網(wǎng)絡(luò)電感器中實(shí)際流過的電流盡快地減小到(a)b)零?如果使用一個(gè)簡單的二極管,開關(guān)管將被鉗位?但是,吸收網(wǎng)絡(luò)的電感器兩端沒有電壓?所圖2-32請振恢復(fù)電流型吸收網(wǎng)絡(luò)以,二極管將繼續(xù)導(dǎo)通?直到開關(guān)管再次導(dǎo)通?這時(shí),二極管作為一個(gè)電流吸收部件將不起作用

  圖2-32(a)中的吸收網(wǎng)絡(luò)為每一個(gè)周期中吸收電感器中電流復(fù)位為零提供電壓?開關(guān)管電壓在其關(guān)斷時(shí)鉗位是這個(gè)電路的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)?吸收電容器應(yīng)該較小?因?yàn)?吸收電感器能量變化時(shí),電容器電壓會有相應(yīng)的變化?電容器上電壓的變化使得電感器電流復(fù)位到零?可以利用電感器與電容器之間的能量存儲關(guān)系計(jì)算電容的大小:C= LI/U(2-6)式中:C1—吸收網(wǎng)絡(luò)中的電容量;L—電感量;

  1開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的電流;U—電容器上的電壓變化量?注意:電容較小時(shí),電壓較大,電感器復(fù)位較快?

  復(fù)位時(shí)間大約是一個(gè)諧振周期的1/4:(2-7)式中:t—復(fù)位時(shí)間;

  L吸收網(wǎng)絡(luò)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(guān)頻率小?為了抑制半個(gè)周期的諧振現(xiàn)象,串聯(lián)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(yuǎn)低于正常值,如同在開始時(shí)高于正常值一樣?電感量大意味著諧振頻率高于開關(guān)頻率?因?yàn)殡姼衅鞒掷m(xù)導(dǎo)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(guān)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(fù)位電感器的諧振頻率大于開關(guān)頻率,電容器上的電壓可以隨負(fù)載電流而變化?必須注意峰值電壓不能超過開關(guān)管的額定值?

  例如,圖2-32(a)所示電路,開關(guān)管電流是1.0A,串聯(lián)電感器的值是40gH?因?yàn)殚_關(guān)頻率為100kHIz?所以電感器的恢復(fù)時(shí)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(fù)網(wǎng)絡(luò)的電感器根據(jù)以上討論可大可小?

  如圖2-32(b)所示的吸收網(wǎng)絡(luò)試圖解決稍不同于圖2-32(a)的問題?開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),兩個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)都控制流過開關(guān)管中的電流,但圖2-32(b)所示的能量恢復(fù)電路可補(bǔ)償二極管的關(guān)斷損耗?吸收網(wǎng)絡(luò)中的電感器存儲著二極管的反向恢復(fù)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(wǎng)絡(luò)循環(huán)使用這個(gè)能量?

  除工作在鉗位狀態(tài)下以外,圖2-32(b)中的吸收網(wǎng)絡(luò)的能量恢復(fù)部分與圖2-30(b)的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)一樣?開關(guān)管斷開時(shí),吸收網(wǎng)絡(luò)開始工作,主二極管VD0將電流傳輸給電感器L0?當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),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(dá)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(shí)間內(nèi)主電感器電流將不會做有效的變化,VD0反向恢復(fù)電流隨著二極管的截止必須流入吸收網(wǎng)絡(luò)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(guān)斷需要的能量存儲在吸收網(wǎng)絡(luò)的電感器中?如圖2-32(b)所示的吸收網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)移到電容器中?當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),主二極管VDo0將再次導(dǎo)通,吸收網(wǎng)絡(luò)放電電感器L2將給吸收網(wǎng)絡(luò)電容器反向充電?這樣就給下一個(gè)周期做準(zhǔn)備,因?yàn)槟芰炕謴?fù)網(wǎng)絡(luò)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(fù)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(nèi)轉(zhuǎn)移到電容器中,所以電容值為0.01yF?二極管上的電壓將達(dá)到32V的峰值?恢復(fù)時(shí)間為2ps的復(fù)位電感器可以小些?注意復(fù)位時(shí)間為半個(gè)周期,復(fù)位電感器的值是40pH,但是它只承受0.5A的峰值電流?

  4.復(fù)位型無損電壓鉗位變換器

  因?yàn)樵撾娐繁仨氂幸粋€(gè)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(wǎng)絡(luò),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(fù)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(fù)位?兩個(gè)繞組匝數(shù)相等,這樣限制變換器最大的占空比為50%?開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電路開始工作,電容器通過復(fù)位繞組充電到Vcc?當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),變壓器漏感和勵(lì)磁電感將使開關(guān)管電壓超過Vc當(dāng)開關(guān)管兩端電壓達(dá)到兩倍的Vc時(shí),二極管VD1導(dǎo)通,變壓器漏感中的o電流將被電容器和二極管鉗位?復(fù)位繞組將通過二極管傳導(dǎo)勵(lì)磁電流,NI以致變壓器磁芯復(fù)位?當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電容器仍然維持從漏感中獲得的能量,將向復(fù)位繞組放電,電壓將再次達(dá)到Vx?為了抑制電容器與繞組之間的諧振現(xiàn)象,需要給變壓器的復(fù)位繞組串聯(lián)一個(gè)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(yīng)是Vo的兩倍?