CN107453594A - 一种用于主动钳位电路的缓冲电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于主动钳位电路的缓冲电路，包含一个缓冲电容Cs和一个旁路二极管Ds。缓冲电容Cs的一端分别与旁路二极管Ds的阳极、主动钳位电路的正极连接，缓冲电容Cs的另一端与主动钳位电路负极连接，旁路二极管Ds的阴极与主动钳位电路中钳位电容上端连接。所述的缓冲电路可用于Boost全桥隔离变换器电路，与主动钳位电路控制方法配合，抑制钳位电路两端的冲击电压。

Description

一种用于主动钳位电路的缓冲电路
技术领域
本发明涉及一种抑制主动钳位电路冲击电压的缓冲电路。
背景技术
随着电力电子技术的发展，对大功率、高电压、高变比设备的需求越来越多。基于Boost全桥隔离变换器(BFBIC)拓扑的设备应用增多，特别是在光伏高压直流升压变换应用中。但是此类变换器在全桥电路开关切换时存在电压冲击问题，给IGBT带来了较大的电压应力。
R.Watson和F.C.Lee在论文《A Soft-Switched,Full-Bridge Boost ConverterEmploying an Active-Clamp Circuit》中应用了一种主动钳位电路抑制全桥电路开关切换时电压冲击，该电路应用于几百瓦的小功率电源时能够起到良好的效果，但仍然存在一些问题：
1、对于几十kW的大功率电路，虽然采用了主动钳位电路，但仍然存在较大的电压冲击。实验表明，对于50kW的变换器，增加主动钳位电路后电压尖峰仍然能够达到25％。
2、目前常用在IGBT两端增加吸收电容的方法，但是该方法对于此种冲击电压吸收效果不好。
3、目前常用的方法对吸收电容的容值选择尚无较为明确的原理阐述及确定的容值选取方法。
专利CN201620999446.4一种三相不平衡调节模块的IGBT吸收电路，提出了类似的RCD缓冲电路，但该缓冲电路主要解决开关管两端尖峰电压问题，同时没有给出关键的缓冲电容的容值计算方法。类似专利都主要解决IGBT开关管的尖峰电压问题，针对主动钳位电路两端的尖峰电压问题尚未见到好的方法。
发明内容
为克服目前常用的主动钳位电路应用在大功率设备中存在的电压冲击的缺点，本发明提出一种用于主动钳位电路的缓冲电路。
所述的主动钳位电路包括开关管电路12和钳位电容电路13，其中开关管电路12和钳位电容电路13串联连接。开关管电路12包含钳位开关管Sa、开关管体二极管Da、寄生电容Ca和开关管寄生电感La。钳位开关管Sa、开关管体二极管Da、寄生电容Ca、开关管寄生电感La集成在内部，其中钳位开关管Sa、开关管体二极管Da、寄生电容Ca并联连接，随后与开关管寄生电感La串联连接；钳位电容电路13包含钳位电容Ca-c、钳位电容寄生电感La-c，二者串联连接，集成在一起。
本发明所采用的技术方案如下：
一种用于主动钳位电路的缓冲电路，包含一个缓冲电容Cs和一个旁路二极管Ds。所述缓冲电容Cs的一端分别与旁路二极管Ds阳极、主动钳位电路正极连接，缓冲电容Cs的另一端与主动钳位电路的负极连接，旁路二极管Ds的阴极与主动钳位电路中钳位电容的上端连接。
本发明缓冲电路与主动钳位电路控制方法配合，可以达到更好效果。
主动钳位电路中的钳位开关管Sa导通时刻必须晚于开关管体二极管Da的导通时刻，保证缓冲电容Cs能够充分吸收电压尖峰。
所述的缓冲电容Cs须选用感值几十nF及以下的低寄生电感的吸收电容，缓冲电容Cs的纹波电流须大于最大工作电流，缓冲电容Cs的典型容值一般为20nF，具体容值可按照如下公式确定：
其中：La：主动钳位电路钳位开关管寄生电感；
La-c：主动钳位电路钳位电容寄生电感；
△Ua：主动钳位电路电压尖峰；
ia：主动钳位电路电流。
本发明的有益效果如下：
1、可以明显抑制几十kW大功率电路的电压冲击。实验表明，对于50kW的变换器，增加缓冲电路后的主动钳位电路后电压尖峰控制在10％左右；
2、缓冲电路为无源、不控器件，结构简单，成本低。
附图说明
图1为本发明缓冲电路的应用结构图；
图中：11本发明的缓冲电路，12主动钳位电路的开关管电路，13主动钳位电路的钳位电容电路；La为主动钳位电路开关管12的寄生电感，La-c为主动钳位电路钳位电容13的寄生电感；
图2为本发明缓冲电路在带主动钳位电路的Boost全桥隔离变换器电路中的应用结构图；
图中：11本发明的缓冲电路，其他为带主动钳位电路的Boost全桥隔离变换器电路；
图3为带主动钳位电路的Boost全桥隔离变换器钳位开关管Sa正常开关时序图；
图4为带主动钳位电路的Boost全桥隔离变换器钳位开关管Sa配合缓冲电路的开关时序图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步详细说明本发明。
图2所示为本发明缓冲电路在带主动钳位电路的Boost全桥隔离变换器电路中的应用。所述的主动钳位电路包括开关管电路12和钳位电容电路13，其中开关管电路12和钳位电容电路13串联连接。开关管电路12包含钳位开关管Sa、开关管体二极管Da、寄生电容Ca和开关管寄生电感La。钳位开关管Sa、开关管体二极管Da、寄生电容Ca、开关管寄生电感La集成在内部，其中钳位开关管Sa、开关管体二极管Da、寄生电容Ca并联连接，随后与开关管寄生电感La串联连接；钳位电容电路13包含钳位电容Ca-c和钳位电容寄生电感La-c，二者串联连接，集成在一起。
所述的缓冲电路包含：一个缓冲电容Cs和一个旁路二极管Ds，所述的缓冲电容Cs的一端分别与旁路二极管Ds的阳极、主动钳位电路的正极连接，缓冲电容Cs的另一端与主动钳位电路负极连接，旁路二极管Ds的阴极与主动钳位电路中钳位电容上端连接。
一般主动钳位电路控制时序如图3所示，钳位开关管Sa在桥电路开关管S1、S4和S2、S3关闭后立即导通，为了缓冲电路达到更好的控制效果，主动钳位电路的控制时序如图4所示，钳位电路开关管Sa在桥电路开关管S1、S4和S2、S3关闭后延迟一段时间后导通，导通时刻晚于二极管Da的导通时刻，可保证缓冲电容Cs能够充分吸收电压尖峰。
所述的缓冲电容Cs须选用低寄生电感的吸收电容，其纹波电流须大于最大工作电流，其典型容值一般为20nF，具体容值可按照如下公式确定：
其中：La：主动钳位电路钳位开关管寄生电感；
La-c：主动钳位电路钳位电容寄生电感；
△Ua：主动钳位电路电压尖峰；
ia：主动钳位电路电流。

Claims (3)

1.一种用于主动钳位电路的缓冲电路，其特征在于：所述的缓冲电路包含一个缓冲电容Cs和一个旁路二极管Ds；缓冲电容Cs的一端分别与旁路二极管Ds的阳极、主动钳位电路的正极连接，缓冲电容Cs的另一端与主动钳位电路负极连接，旁路二极管Ds的阴极与主动钳位电路中钳位电容上端连接。
2.按照权利要求1所述的用于主动钳位电路的缓冲电路，其特征在于：所述的主动钳位电路中的钳位开关管Sa导通时刻晚于开关管体二极管Da的导通时刻，以使所述的缓冲电容Cs能够充分吸收电压尖峰。
3.按照权利要求1所述的用于主动钳位电路的缓冲电路，其特征在于：所述的缓冲电容Cs选用感值几十nF以下的吸收电容，缓冲电容Cs的纹波电流大于最大工作电流，典型容值为20nF；缓冲电容Cs容值按照如下公式确定：
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>-</mo> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> <mo>&amp;times;</mo> <msup> <msub> <mi>i</mi> <mi>a</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;Delta;U</mi> <mi>a</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中：La：主动钳位电路钳位开关管寄生电感；
La-c：主动钳位电路钳位电容寄生电感；
△Ua：主动钳位电路电压尖峰；
ia：主动钳位电路电流。
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