移相全桥电感箝位的软开关电路设计

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1、移相全桥电感箝位的软开关电路设计摘要：本文介绍了一种移相全桥电感箝位的软开关电路，该电路采用二极管和电感的第二绕组将电感电压箝位，以此在输出二极管反向恢复结束时，提供一个能量释放的通道，避免了输出二极管关断时产生的尖峰和振荡，减少了二极管损耗，提高电路的性能和可靠性。本电路适用于一次电源、工业电源、电力操作电源等采用的全桥移相电路。关键词：电感电压箝位移相全桥二极管反向恢复一.适用范围该单元电路普遍适用于移相全桥电路。二.规范满足的技术指标（特征指标）使用指标为：输入直流电压范围：400－435Vdc输出电压：42－58V开关频率：100kHz输出电流：最大

2、60.5A输出功率：≦2900W三.详细的电路图图1电路图说明：1.HV+/HV-DCVOUT为PFC直流母线电压正/负+48V输出端；2.VO+/VO-为DCDC直流输出电压正/负+48V端。3.输出为R237电阻的1脚，图中电路输出为12V，可以驱动光耦或者直接做为电平控制，其他应用场合需要进行匹配电路设计。一.工作原理和参数计算（一）：背景传统的移相全桥电路（图2）是一种十分优秀的DCDC变换器，利用辅助电感能量来实现开关管的零电压开关，减小了开关管的开关损耗。它具有电路和控制简单、开关管容易实现软开关、电路效率高、EMI小等优点，被誉为最佳的DCDC

3、变换器之一。传统的移相全桥电路已经批量应用，其设计已经十分成熟。可是由于增加了辅助电感，在副边二极管反向恢复过程时，二极管会产生了较大的电压尖峰和振荡，增大了二极管开关损耗，使电路的EMI变差。如果提高二极管耐压，二极管的反向恢复时间更长，会使电路的性能更差。图2:传统的移相全桥电路为此提出了一些解决方法，如采用软恢复的输出二极管、采用RC吸收等等。RichardRedl等【1】提出的二极管箝位电路（图3）是一种较好的解决方案。他采用在变压器和电感之间增加两个箝位二极管，使输出二极管在反向恢复时间存在电感的多余能量释放到输入电源中，使输出二极管的尖峰电压箝位

4、。In-DongKim等【2】提出的第三绕组变压器电压箝位电路（图4）也是一种十分优秀的解决方法。他采用四个箝位二极管和一个箝位绕组，使原边的变压器电压被箝位在一定比例的输入电压，其比例关系可以通过箝位绕组的匝数来调节。图3:二极管箝位的移相全桥电路图4:变压器第三绕组箝位的移相全桥电路在图1电路，它采用谐振电感的箝位绕组来实现谐振电感的电压箝位，在保留原有软开关特性同时，同样能解决二极管反向恢复带来的问题，故称之为“谐振电感箝位的软开关移相全桥电路”。在谐振电感支路串一个电阻是为了保证电路在每个开关周期中，将谐振电感的多余能量及时消耗掉，消除二极管反向恢复

5、造成的影响，提高了电路的可靠性。本电路也可以不串联电阻（如图5），但电路可靠性不如有串联电阻的电路。图5:不串电阻的电感电压箝位的移相全桥电路二：方案原理图5为我们采用的谐振电感箝位软开关电路，其特点是在传统的移相全桥电路的谐振电感上增加一个第二绕组――箝位绕组，箝位绕组的一端与桥臂的中点连接，另一端通过两个二极管分别箝位在正负输入母线上。谐振电感与箝位绕组的匝比为k，一般取k>1。图1为典型的实用电路，电路中在箝位电感回路中串联一个电阻。我们将以图5为例，介绍一下本电路的工作原理。对于移相全桥电路，器件本身的寄生参数在开关转换过程中对电路的特性有显著的影响

6、，因此我们首先考虑器件的寄生参数的影响，给出等效的电路图进行分析。考虑寄生参数，图5电路可以简化等效为如下的电路（图6），其中Cs为等效的寄生电容。图6:等效的电感电压箝位移相全桥电路结合图6的等效电路，将整个电路划分为多个电路模式进行具体分析，在此给出关键几个过程的分析：模式1：t0时刻能量反馈结束模式2：t0-t1电流线性上升阶段Q1Q3均已经导通，t1时刻电感电流ILr达到Io/n,由于谐振电感绕组与箝位绕组绕组匝比k>1，因此D6不会导通。模式3：t1-t2输出二极管反向恢复阶段由于输出二极管存在反向恢复特性，因此DR2不能马上关断，因此变压器继续被

7、短路，电感电压为输入电压，原边谐振电感的电流继续线性上升，DR1的电流也继续线性上升，DR2有一个线性上升的反向电流，各个电流的关系式同模式2。经过trr时间后，即t2时刻，二极管反向恢复结束，此时：图7:模式3阶段的等效电路和电流方向模式4：t2-t3谐振阶段由于寄生电容的存在，原边电流需要向变压器的寄生电容充电，副边电流向DR2的反向结电容和RC吸收电路充电，因此谐振电感与等效的电容寄生参数Cs谐振。图9:模式4阶段的等效电路和电流方向此时：当Vcs＝Vin时，谐振电感电压降至零并开始反向，此时箝位二极管准备D5导通，此阶段结束，电感电流达到最大值。模式

8、5：t3-t4箝位阶段t3时刻箝位二极管D5导通，此