无损电流吸收网络

 电流吸收网络的基本原理是能量存储在一个电感器中,这个电感器控制着开关管中电流的上升沿｡无损电流吸收网络和对应的有损电流吸收网络的基本功能是一样的,与开关管串联的电感器控制电流的上升沿,所不同的是无损电流吸收网络每一个周期中电感器中存储的能量都转移到输入端或者输出端｡否则,这些能量将被损耗｡

  (1)反激复位电流吸收网络

  通过给电感器加一绕组,可以把电感器中的能量转移到任何地方并提供过压保护,这个保护是通过在开关管上设置导通率和恢复电压来实现的｡图2-31(a)所示为基本的吸收网络｡图2-31(b)和图2-31(c)所示为吸收网络和一般变换器连接的两种方法｡具体的方法视电路是降压变换器､反激变换器(如图2-31(b)所示)或者升压变换器(如图2-31(c)所示)而定｡有些连接方式可以把能量反馈到输人端,通常情况下还是把能量转移到负载中｡

图231电流吸收网络的基本结构及其与变换器的连接

  这种吸收网络的设计非常简单｡初级电感量和损耗网络中的电感量相同｡复位过程中,开关管两端的电压取决于开关管的导通率及电源适配器或负载的电压｡

  这类吸收网络的主要问题是初次级电感器之间的漏感,它可能在开关管两端引起一个大的电压尖峰｡该吸收网络通常与上升和下降时间长的大功率变换器一起使用,也可以和上升沿控制型吸收网络中的变换器一起使用｡初次级电感器之间通常要加简单的RC吸收网络｡

  (2)谐振恢复电流型吸收网络图2-32(a)所示电路由一般变换器和电流型吸收网络构成｡在这种吸收网络中,能量被转换本v2wo°本vD2vD太为变换器的电压｡在钳位状态下,进行吸收网络中的能量恢复｡当开关管断开时,能量被恢复,开关管两端的电压(输入电压或输出电压)被钳太vDlLI位在变换器中的最高电压｡很明显,一个简单二极管可以取代RLD网络｡所以,必须有充分使用RLD网络的理由｡RLD网络的作用是使吸收网络电感器中实际流过的电流尽快地减小到(a)b)零｡如果使用一个简单的二极管,开关管将被钳位｡但是,吸收网络的电感器两端没有电压｡所图2-32请振恢复电流型吸收网络以,二极管将继续导通｡直到开关管再次导通｡这时,二极管作为一个电流吸收部件将不起作用

  图2-32(a)中的吸收网络为每一个周期中吸收电感器中电流复位为零提供电压｡开关管电压在其关断时钳位是这个电路的又一个优点｡吸收电容器应该较小｡因为,吸收电感器能量变化时,电容器电压会有相应的变化｡电容器上电压的变化使得电感器电流复位到零｡可以利用电感器与电容器之间的能量存储关系计算电容的大小:C= LI/U(2-6)式中:C1—吸收网络中的电容量;L—电感量;

  1开关管关断时的电流;U—电容器上的电压变化量｡注意:电容较小时,电压较大,电感器复位较快｡

  复位时间大约是一个谐振周期的1/4:(2-7)式中:t—复位时间;

  L吸收网络中的电感;

  C1电容｡

用于使电容器放电的电感器的值可大可小｡如果其值较小,则谐振频率比开关频率小｡为了抑制半个周期的谐振现象,串联二极管是非常必要的｡L和C谐振将使电容器放电,在放电周期的最后,电容器电压将远低于正常值,如同在开始时高于正常值一样｡电感量大意味着谐振频率高于开关频率｡因为电感器持续导通,二极管可以去掉｡电容器上的电压波形是相似的,但放电波形将是一条直线｡惟一的问题是放电电感器和电容器的谐振频率必须足够高｡这样,开关管上的瞬间峰值电压将不会超过它的耐压值｡如果电容器和复位电感器的谐振频率大于开关频率,电容器上的电压可以随负载电流而变化｡必须注意峰值电压不能超过开关管的额定值｡

  例如,图2-32(a)所示电路,开关管电流是1.0A,串联电感器的值是40gH｡因为开关频率为100kHIz｡所以电感器的恢复时间选为1.0s,电容器的值选为0.01F｡电容器的电压变化值将是63V｡恢复网络的电感器根据以上讨论可大可小｡

  如图2-32(b)所示的吸收网络试图解决稍不同于图2-32(a)的问题｡开关管导通时,两个吸收网络都控制流过开关管中的电流,但图2-32(b)所示的能量恢复电路可补偿二极管的关断损耗｡吸收网络中的电感器存储着二极管的反向恢复电荷,它可以使二极管工作在过压条件下｡图2-32(b)中的吸收网络循环使用这个能量｡

  除工作在钳位状态下以外,图2-32(b)中的吸收网络的能量恢复部分与图2-30(b)的电压吸收网络一样｡开关管断开时,吸收网络开始工作,主二极管VD0将电流传输给电感器L0｡当开关管导通时,电感器L1中的电流将斜线上升,流过VD的电流将沿斜线下降,最后将达到零而截止｡VD0两端的电压将不会改变,直到它完全截止｡由于在短时间内主电感器电流将不会做有效的变化,VD0反向恢复电流随着二极管的截止必须流入吸收网络的电感器L1一旦VD0完全截止,因电感器L1中的电流大于主电感器L0中的电流,电感器L1将使二极管阳极电位为地电位｡二极管关断需要的能量存储在吸收网络的电感器中｡如图2-32(b)所示的吸收网络用于再利用存储在电感器中剩余能量｡在VD0截止以后,电压降至零,电容器C1通过二极管VD1开始充电｡电感器L1中的多余能量将转移到电容器中｡当开关管关断时,主二极管VDo0将再次导通,吸收网络放电电感器L2将给吸收网络电容器反向充电｡这样就给下一个周期做准备,因为能量恢复网络工作在钳位模式,电容相对较大,它两端的电压将较小｡在图2-32(b)所示的电路中,二极管反向恢复电流的峰值假定为0.5A,吸收电感器的值是401H,能量将在1.01S内转移到电容器中,所以电容值为0.01yF｡二极管上的电压将达到32V的峰值｡恢复时间为2ps的复位电感器可以小些｡注意复位时间为半个周期,复位电感器的值是40pH,但是它只承受0.5A的峰值电流｡

  4.复位型无损电压钳位变换器

  因为该电路必须有一个变压器,所以必须特别说明｡该电路是工作在钳位模式下的电压吸收网络,特别适用于推挽变换器｡图2-33所示为正激变换器电路｡图2-33中的变压器绕组N1是初级电源适配器绕组｡绕组N2是复位绕组,它控制电容器上的电压并且提供正激变换器需要的磁芯复位｡两个绕组匝数相等,这样限制变换器最大的占空比为50%｡开关管导通时电路开始工作,电容器通过复位绕组充电到Vcc｡当开关管关断时,变压器漏感和励磁电感将使开关管电压超过Vc当开关管两端电压达到两倍的Vc时,二极管VD1导通,变压器漏感中的o电流将被电容器和二极管钳位｡复位绕组将通过二极管传导励磁电流,NI以致变压器磁芯复位｡当开关管导通时,电容器仍然维持从漏感中获得的能量,将向复位绕组放电,电压将再次达到Vx｡为了抑制电容器与绕组之间的谐振现象,需要给变压器的复位绕组串联一个小电阻器｡电容器必须足够大,以很小的电压变化吸收漏感中的能量｡二极管要能够承图233正激变换器电路受峰值电流,它的额定电压至少应是Vo的两倍｡