CN103036412A - 具有电流缓冲单元的桥式变换电路 - Google Patents
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Abstract
具有电流缓冲单元的桥式变换电路，涉及电路结构。本发明的第一通路和第二通路中设有电流缓冲单元，当第一通路或第二通路中产生反向恢复电流时，电流缓冲单元起到抑制反向恢复电流变化的作用，进而减小反向恢复电流。解决了在工作过程中反向恢复电流导致的高频开关损耗和电磁骚扰问题，同时还带来了开关元件在开关过程中的零电流/零电压开通；本发明使电路工作过程中的主要应力指标得到显著改善，机器的效率、电磁骚扰和可靠性得到明显。
Description
技术领域
本发明涉及电路结构，具体是一种具有电流缓冲单元的桥式变换电路。
背景技术
桥式电路广泛应用于整流、逆变等功率变换设备中，它包括半桥，全桥和多相桥电路等。
在桥式变换电路中，存在着一些缺点，主要问题是由于各个桥臂中用于续流、保护开关元件的体二极管(或者是外接二极管)在工作过程中有一个电流的反向恢复过程，这个恢复过程若没有得到有效的控制，则会产生很多不利的影响。如开关元件开通时的峰值电流显著增加、开关组件两端的电压尖峰增加、电路中的电流变化率di/dt和电压变化率dV/dt较大，造成了主电路中的开关损耗和电磁噪声污染很大。在一些情况下甚至干扰了电路的正常工作，造成了电子设备工作的不可靠。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种具有电流缓冲单元的桥式变换电路，通过设置能对反向恢复电流进行抑制、缓冲的电流缓冲单元来控制电流的反向恢复，改善电路性能。
为此，本发明采用以下技术方案：
具有电流缓冲单元的桥式变换电路，具有高电位点、参考电位点和电流输出点，高电位接入点与电流输出点之间连有第一通路，参考电位点与电流输出点之间连有第二通路，第一通路包括第一开关元件和并联于第一开关元件两端的第一续流元件；第二通路包括第二开关元件和并联于第二开关元件两端的第二续流元件，其特征在于：
所述的第一通路和第二通路中设有电流缓冲单元，当第一通路或第二通路中产生反向恢复电流时，电流缓冲单元用于抑制反向恢复电流的变化，进而减小反 向恢复电流。
作为对上述技术方案的完善和补充，本发明进一步采取如下技术措施或是这些措施的任意组合：
所述的电流缓冲单元包括设于第一通路和第二通路中的电感。
所述的第一通路和第二通路共同连接到一个电感，该电感包括设于两端和中部的三个抽头，形成两个线圈，两端的抽头分别接入第一通路和第二通路中，中部的抽头与电流输出点相连。
所述的第一开关元件和第二开关元件两端分别并联有第一电压缓冲电路和第二电压缓冲电路，用于吸收反向恢复电流下降时产生的电压尖峰。
所述的第一开关元件和第二开关元件为受控功率管。
所述的续流元件为二极管。
有益效果：本发明通过在桥式变换电路中加入能对反向恢复电流进行缓冲和抑制的电流缓冲单元解决了在工作过程中反向恢复电流导致的高频开关损耗和电磁骚扰问题，同时还带来了开关元件在开关过程中的零电流/零电压开通。本发明使电路工作过程中的主要应力指标得到显著改善，机器的效率、电磁骚扰和可靠性得到明显提高。
附图说明
图1为本发明输出电流向右时的一个工作状态示意图；
图2为本发明输出电流向右时的另一个工作状态示意图；
图3为本发明输出电流向左时的一个工作状态示意图；
图4为本发明输出电流向左时的另一个工作状态示意图。
具体实施方式
如图所示的具有电流缓冲单元的桥式变换电路，具有高电位点HV、参考电位点REF和输出电流为Io。第一开关元件Q1和第二开关元件Q2通常采用受控功率管元件。作为电流缓冲单元的耦合缓冲电感L同名端如图所示，中部抽头b即为电流输出点。第一续流元件D1和第二续流元件D2分别是受控功率管Q1和 Q2的体二极管或外接二极管，起续流用。电路工作时，Q1和Q2交替导通，中间间隔死区时间，以防止共态导通。同时，为了进一步吸收电路工作过程中产生的电压尖峰，在Q1和Q2的两端分别并联第一电压缓冲电路1和第二电压缓冲电路2。电压缓冲电路的结构可采用通用的无损或有損缓冲电路。
假设输出电流Io的大小在一个高频开关周期内近似不变，是一个低频缓变量。若忽略二极管、Q1和Q2的导通压降，则全部工作过程可以用输出电流Io向左和向右两种情况来说明：
1)输出电流Io向右流动的情况
设某个时刻Q1和Q2均处于关闭状态，第二通路中的二极管D2处于续流状态，电流在第二通路中的流动方向如图1所示。
状态1：开通Q1，HV通过Q1加至耦合缓冲电感L的a点，电压Vab极性为正，使得电感Lab中的电流Iab从零开始增加，电流方向向下，Q1零电流开通。经由电感中两线圈的磁耦合，电压Vbc极性亦为正，电感Lbc中的电流Icb开始下降。三个分支电流的关系为Iab+Icb＝Io。当Iab＝Io时，Icb＝0。由于D2中的载流子这时没有完全复位，最终HV通过L在D2中形成了一个反向恢复电流，电流方向向下，但这个反向恢复电流会很快下降为零。电流下降期间，会使得Vab和Vbc感应一个负向尖峰电压，电压尖峰由电压缓冲电路吸收。L越大，D2的反向恢复电流越小，Q2在此过程中出现的尖峰电压也越小。
这个恢复过程结束后，电路进入稳态，此时Lab中流有电流Io，Q2和D2中的电流为0，如图2所示。
状态2：关断Q1，Q1中的电流Io将通过电压缓冲电路1继续流动，并且在Q1两端建立电压VQ1，电压VQ1增加，使耦合缓冲电感Lab和Lbc上出现了负电压。这个负电压使得Lbc中的电流Icb上升，电流方向向上，Lab中的电流Iab下降。当电感Lbc中的电流上升至Io时，电感Lab中的电流Iab为0，电流换向完成，电路进入稳态，如图1所示，此时D2中的电流为Io。
状态3：开通Q2，因为此时二极管D2处于续流状态，Q2为零电压开通。
状态4：关闭Q2，这时电流Io仍从二极管D2中流过，这就完成了一个周期。
2)输出电流Io向左流动的情况
如图3所示，假设初始时刻Q1、Q2截止，D1中流有续流电流Io。
状态5：开通Q2，REF通过Q2加至耦合缓冲电感L的c点，电压Vbc极性为正，使得电感Lbc中的电流Ibc从零开始增加，电流方向向下，Q2零电流开通。经由电感中两线圈的磁耦合，电压Vab极性亦为正，电感Lab中的电流Iba开始下降。三个分支电流的关系为Iba+Ibc＝Io。当Ibc＝Io时，Iba＝0。由于D1中的载流子这时没有完全复位，最终HV通过L在D1中形成了一个反向恢复电流，电流方向向下，但这个反向恢复电流会很快下降为零。电流下降期间，会使得Vab和Vbc感应一个负向尖峰电压，电压尖峰由电压缓冲电路吸收。L越大，D1的反向恢复电流越小，Q1在此过程中出现的尖峰电压也越小。
这个恢复过程结束后，电路进入稳态，此时Lbc中流有电流Io，Q1和D1中的电流为零，如图4所示。
状态6：关断Q2，Q2中的电流Io将通过电压缓冲电路2继续流动，并且在Q2两端建立电压VQ2，电压VQ2增加，使耦合缓冲电感Lab和Lbc上出现了负电压。这个负电压使得Lab中的电流Iba上升，电流方向向上，Lbc中的电流Ibc下降。当电感Lab中的电流上升至Io时，电感Lbc中的电流Ibc为零，电流换向完成，电路进入稳态，如图3所示，此时D1中的电流为Io。
状态7：开通Q1，因为此时二极管D1处于续流状态，Q1为零电压开通。
状态8：关闭Q1，这时总电流Io仍从二极管D1中流过，这就完成了一个周期。
从上述过程可以得出，本发明的电路不仅仅解决了传统桥式变换电路中的高频开关损耗和电磁骚扰问题，而且还带来了开关元件的零电流/零电压开通特性、整机的效率、电磁骚扰和可靠性得到了显著提高。本发明同样可以应用于其他的桥式电路中。
应当指出，本实施例仅示例性的说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (6)
1.具有电流缓冲单元的桥式变换电路，具有高电位点、参考电位点和电流输出点。高电位接入点与电流输出点之间连有第一通路，参考电位点与电流输出点之间连有第二通路，第一通路包括第一开关元件和并联于第一开关元件两端的第一续流元件；第二通路包括第二开关元件和并联于第二开关元件两端的第二续流元件，其特征在于：
所述的第一通路和第二通路中设有电流缓冲单元，当第一通路或第二通路中产生反向恢复电流时，电流缓冲单元用于抑制反向恢复电流的变化，进而减小反向恢复电流。
2.根据权利要求1所述的具有电流缓冲单元的桥式变换电路，其特征在于：所述的电流缓冲单元包括设于第一通路和第二通路中的电感。
3.根据权利要求2所述的具有电流缓冲单元的桥式变换电路，其特征在于：所述的第一通路和第二通路共同连接到一个电感，该电感包括设于两端和中部的三个抽头，形成两个线圈，两端的抽头分别接入第一通路和第二通路中，中部的抽头与电流输出点相连。
4.根据权利要求1至3任一项所述的具有电流缓冲单元的桥式变换电路，其特征在于：所述的第一开关元件和第二开关元件两端分别并联有第一电压缓冲电路和第二电压缓冲电路，用于吸收反向恢复电流下降时产生的电压尖峰。
5.根据权利要求1至3任一项所述的具有电流缓冲单元的桥式变换电路，其特征在于：所述的第一开关元件和第二开关元件为受控功率管。
6.根据权利要求1至3任一项所述的具有电流缓冲单元的桥式变换电路，其特征在于：所述的续流元件为二极管。
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Citations (3)
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| US20020113581A1 (en) * | 2001-02-20 | 2002-08-22 | Eagar Dale R. | Systems and methods for controlling the charge profile of a synchronous switching transistor |
| CN101352776A (zh) * | 2008-09-18 | 2009-01-28 | 清华大学 | 变极性焊接电源二次逆变电路及其控制方法 |
| CN201754558U (zh) * | 2010-08-18 | 2011-03-02 | 杭州奥能电源设备有限公司 | 一种有源交错并联零电压软开关电路 |
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- 2011-06-29 CN CN2011101783310A patent/CN103036412A/zh active Pending
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